5_基于RADIOSS的载重汽车复合悬架力学特性有限元分析_庞辉

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1、基于RADIOSS的复合悬架力学特性分析庞辉祝小元$1.陕西汽车集团有限责任公司，陕西西安710200；2.陕西酋安710072扌商要：针对载重汽车对承载性、平顺性以及可靠性等多方面的要求，提出一种以橡胶弹簧和钢板弹簧共同作用提供弹性力的复合悬架。在HyperMesh中建立复合悬架的有限元模型，并利用RADIOSS对其力学特性进行分析。通过仿真得到复合悬架的应力分布云图以及刚度特性曲线，为复合悬架的设计提供了参考依据以及实现思路。关键词：载重汽车；复合悬架；有限元；RADIOSS0前言载重汽车用悬架一般都具有非线性和渐变刚度的特点，以使整车在

2、不同载荷状态下保持稳定和良好的行驶平顺性，同时具备良好的承载能力。传统的可变刚度悬架结构常采用主副钢板弹簧形式，因其结构简单，制造相对容易，维修方便，工艺成熟，可靠性高等优点得到了广泛的应用。但是作为钢板弹簧悬架依然无法为载重车提高令人满意的平顺性和舒适性能,并且质量偏大，无法适应重卡轻量化的发展。橡胶悬架因为采用橡胶弹簧作为弹性元件，相比传统钢板弹簧悬架质量轻，具有更优越的变刚度特性，而且在承载能力和可靠性发面也更有优势。但是由于在工艺和技术方面还不成熟，加上购买与维修费用较高，目前国内应用不是很广泛。文中将橡胶弹簧和钢板弹簧进行组合形成复

3、合悬架，并进行有限元分析，以充分发挥两种悬架各自的优势，得到最佳的使用性能。1复合悬架有限元建模1.1三维模型的建立在PRO/E川建立复合悬架的三维模型，与传统的钢板弹簧不同，复合悬架上层的钢板弹赞没有卷耳结构，由12块钢板堆叠而成，从下至上钢板的参数如表1所示，图1为钢板弹簧的三维模型。表1复合悬架钢板弹簧基本尺寸板簧号123456789101112板簧长度(mm)16201520152013101250119011201050890730570410板簧厚度(mm)261818181818182323232323橡胶弹簧是由橡胶和夹层钢板

4、分层叠合经高温硫化粘合而成。其结构如图2所示。弹簧主体为立方形结构，上下金属板为橡胶弹赞与钢板弹簧、中/后桥的连接板。由于在橡胶层中加设夹层钢板，当弹簧承受垂向压力时，橡胶层的侧向鼓出受到夹层钢板的约束，使其具有很大的垂向承载能力和垂向刚度。当夹层橡胶弹簧承受水平载荷时，其单一橡胶层的相对侧移大大减少，使其具有较大的水平变形能力。此外夹层橡胶弹簧还具有足够的阻尼比和耐反复载荷疲劳的能力。这些特点使其适用于载重车辆后悬架系统，以保证载重车在恶劣的道路条件下，悬架系统仍能可靠地工作，保持良好的车辆平顺性。橡胶悬架上下金属板通过螺栓与钢板弹簧以及车

5、桥连接，使复合悬架的安装也更简便。图1钢板弹簧模型图2橡胶基座模型1.2划分网格将复合悬架的Pro/E模型导入HyperMesh中进行前处理，去掉钢板弹簧模型屮的螺栓结构，采用梁单元模拟,梁单元直径为实际螺栓尺寸，并将其与四周的螺栓孔节点刚性连接。为保证计算结果的精度，单元厚度方向尺寸取叶片厚度的1/2〜1/3,纵、横方向尺寸取8-10mm,采用映射体网格划分钢板弹簧。对于橡胶悬架，为了网格划分的方便，去掉了三维模型中橡胶块的圆角特征。市于橡胶和夹层钢板分层壳合经高温硫化粘合而成的，所以在划分网格时，弹簧主体中钢板层和橡胶层保持节点连续，弹簧

6、主体与上下连接用金属板也保持节点连续，从而减少模型中接触对的数暈以利于计算以及结果收敛。模型单元类型全部选用六面体单元以保证计算结果的精确度。复合式橡胶悬架的有限元网格模型如图3所示。图3复合橡胶悬架的有限元汁算模型1.3复合悬架材料定义复合悬架屮板簧的材料为50CrVA,橡胶材料简化为线性的软橡胶材料。其具体的材料参数见表2。表2复合悬架材料属性表弹性模量E泊松比p密度p板簧材料2.1xio5Mpa0.37.83x109T/mm3橡胶材料7.48Mpa0.474.5x10'9T/mm31・4接触定义为了模拟片与片Z间的接触摩擦问题，分别在簧

7、片接触面上加一层摩擦接触单元，其节点固定在相接触实体的节点上。在HyperMeshlO.O小定义了三种标准的接触类型：滑动(SLIDE),粘接(STICK)和固连(FREEZE)。在分析的过程中，软件会自动计算接触对Z间的接触刚度和摩擦系数以利于计算结果的收敛。根据钢板间接触的实际工况，选取标准接触SLIDE作为接触类型。图4接触设置图4所示为隐藏掉实体单元的接触面单元。整个钢板弹簧总成共定义了42个接触对,每一对包含1个主面(master)和1个从节点集(slave),并使结点全部位于主面区域。1.5约束和加载在复合悬架的每个螺栓孔屮心处建

8、立REB2单元，通过REB2单元建立梁单元用来模拟各层钢板弹簧小心处Z间的螺栓连接以及钢板弹簧与橡胶弹簧的螺栓连接。螺栓连接如图5所示，螺栓4为钢板弹簧屮间长螺栓，