基于MSC+Marc的空气弹簧垂向特性有限元分析

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1、第15卷增刊计算机辅助工程Vol.15Supp1.2006年9月COMPUTERAIDEDENGINEERINGSep.2006文章编号1006-0871(2006)S1-0297-03基于MSCMarc的空气弹簧垂向特性有限元分析11121杨贵春何锋陈茜陈松杨升(1.贵州大学机械工程与自动化学院贵州贵阳5500252.美国MSC公司成都代表处四川成都610016)摘要介绍不同类型的空气弹簧结构型式利用有限元软件MSCMarc建立空气弹簧的有限元模型并对其进行垂向特性的分析和计算.最后得出空气弹簧垂向刚度非线性特性的确切描述并分析传统的弹簧与空气弹簧

2、自振频率随载荷变化的特性.关键词空气弹簧有限元分析FEAMSCMarc垂向特性刚度中图分类号U463.334.2;O241.82文献标志码AVerticalCharacteristicAnalysisofAirSpringUsingFEABasedonMSCMarc11122YANGGuichun,HEFeng,CHENQian,CHENSong,YANGSheng(1.SchoolofMechanicalEng.&Automation,GuizhouUniv.GuiyangGuizhou550025,China;2.ChengduOffice,MS

3、C.SoftwareCorporation,ChengduSichuan610016,China)AbstractThedifferentstructuresofairspringareintroduced.ThefiniteelementmodelofairspringisbuiltbyMSCMarcandtheverticalcharacteristicsofairspringisanalyzedandcalculated.Finally,theprecisedescriptionfornonlinearverticalstiffnessofai

4、rspringisobtain.Thecharacteristicsofthetraditionalspringandairspringareanalyzedwiththechangeoffrequency.Keywords:airspring;finiteelementanalysis(FEA);MSCMarc;verticalcharacteristic;stiffness车公司开始生产装有空气悬架的客车标志着空0引言气弹簧在商用车上应用的开始.我国早在20世1847年JOHNLEWIS发明了空气弹簧.此后纪50年代就开始对空气弹簧进行研究但在汽

5、车WILLIAMRFHOAGLANDIW和ALSOPGORGEM上的研究起步较晚直到上个世纪80年代国内等人通过研究和改进设计解决了空气弹簧的密才开始对汽车空气弹簧进行研究但是由于受整封性问题.20世纪30年代初费尔斯通公司第车技术及空气悬架配套的影响再加上国内空气一次将空气弹簧用于汽车上.HARVEYFIRESTONE弹簧生产企业的生产规模小空气弹簧质量还需在HENRYFORDI和THOMASALVAEDISON技术的进一步提高.支持下于1934年研制出空气柱形式的空气弹簧1空气弹簧材料特性分析悬架系统.1944年美国通用汽车公司与费尔斯通公司合作

6、首次将空气弹簧运用于客车上进行试空气弹簧由帘线和橡胶硫化而成帘线可铺验试验结果显示空气悬架的内在优越性.经过设若干层铺层由弹性模量从低到高的帘线橡多年空气弹簧产品的研发和试验1953年通用汽胶复合材料组成同时各铺层之间还有一定的角298计算机辅助工程2006年度即帘线角构成.因此帘线是主要的承载部根据上面的假设以及有限元思想建如下模件它呈现各项异性的特点.型首先建二维模型见图1再将其旋转成三由于橡胶的体积模量远大于其弹性模量因维模型见图2进行分析.此它是各项同性的不可压缩的超弹性材料.MSCMarc中的Mooney-Rivlin理论较好地描述橡胶类不

7、可压缩超弹性材料在大变形下的力学特性它将橡胶应变能函数表征为应变或应变张量的纯量图1空气弹簧一维有限元模型函数应力表征为变能函数对应得偏导数.12W=C(I-3)+C(I-3)+k(I-1)112232式中Ii是第i方向的应变不变量k是体积弹性模量C1C2是待定的Mooney-Rivlin常数本文中C1=3MPaC2=1MPa.对不可压缩的超弹图2空气弹簧三维有限元模型性体引入条件I3=1本文中k取0.3.3空气弹簧垂向特性分析2空气弹簧有限元分析垂向位移计算分两步进行.在计算第1步在计算中为简化橡胶材料模型假设所使时先将气体密封施加初始气压通过非线

8、性用的橡胶材料是完全不可压缩的这样就可使用迭代.达到平衡后第2步释放掉原轴向的位移MSCMarc提供的橡胶材