基于ANSYS的钢板弹簧的非线性有限元分析.pdf

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1、基于ANSYS的钢板弹簧的非线性有限元分析口张庆山口刘其洪华南理工大学机械与汽车工程学院广州510640摘要：借助有限元软件ANSYS对轻型货车铜板弹簧进行受力分析，在考虑摩擦、非线性大变形的条件下，计算其受到不同载荷作用下的位移变形量，并将结果与试验数据进行对比分析，验证了有限元分析的有效性。研究结果可为同类产品的设计提供参考。关键词：有限元分析钢板弹簧非线性大变形受力分析位移变形中图分类号：FH12文献标识码：A文章编号：1000—4998(20l0)12—0022—02钢板弹簧的传统计算方法主要是材料力学中的线单元，适用于分析非线性、大变形

2、等问题。该钢板弹簧性梁结构、共同曲率法和集中载荷法】。共同曲率法是截面尺寸为10mnl×73rnln，材料为60Si2Mn，弹性模指钢板弹簧在任何载荷作用下，钢板弹簧各片彼此沿量E为207GPa，泊松比0．3，共10片组成，各片通过整个长度无间隙接触，同一截面上各片具有相同的曲中心螺栓连接起来，为柔性面对柔性面接触。采用率；集中载荷法则指钢板弹簧在任何载荷作用下，各片ANSYS中提供的三维接触单元targe170和contact174之间只在端点和根部无摩擦的接触并传力，工作中各接分别进行定义接触面和目标面，选择接触面中的小面触点不会脱开，相邻两

3、片在接触点具有相同的挠度。但为接触面，而另一面为目标面，共定义9对接触对，并这两种方法均不能很好地汁算出钢板在发生非线性变赋予每个接触对唯一的实常数号。形、接触摩擦的情况下应力等响应；而材料力学线性梁2对模型进行约束及求解结构一旦超出弹性阶段，将使计算结果与实际的工作情况有很大的差别。周继铭等人进行了板簧的动态分钢板弹簧通过中部的骑马螺栓紧固到车桥上，其析；丁能根等人采用有限元对钢板弹簧进行迟滞分计算模型可以简化为悬臂梁。利用ANSYS提供的glue析H1，郑银环等人采用了有限元对钢板弹簧进行了有功能将各片钢板中部相对应的部位粘到一起，模拟骑摩擦

4、和无摩擦的非线性分析Isl；文献【7】利用模型的马螺栓和中心螺栓的作用。在中间截面上施加对称约1／4进行有限元接触分析，但是未考虑摩擦的作用。束和添加全约束到中间截面上所有节点上，集中载荷本文针对轻型货车钢板弹簧，将共同曲率法和集施加到端部节点上，如图2所示。中载荷法结合起来，利用ANSYS的非线性分析对叶片铡板弹簧的变形为几何非线性大变形，设置求解钢板弹簧进行接触分析，考察其在接触摩擦条件下的选项时，打开自动时间步长和求解控制中的静态几何位移、应力等响应情况，从而为钢板弹簧的优化设计提大变形选项，设置牛顿拉普森方法为Full，并设置合适供一种新

5、的可行性方法。的载荷子步数和平衡迭代次数，使计算尽快收敛。在有润滑的条件下摩擦因数为0．1～0．3，但过大的摩擦因1钢板弹簧计算模型的建立数会使不对称的刚度矩阵收敛困难，因此取摩擦因数考虑到钢板弹簧的几何结构对称性，取其长度方为0．1。向上的一半进行建模，如图1所示。为了简化模型，同时也不影响分析中钢板的性能，本文中各片钢板取相同的曲率半径，并将端部的卷耳简化为直线型。借助三维绘图软件UG对其进行建模和装配，导入AN—SYS中进行有限元分析和计算。用10节点三维实体单元Solid92来模拟钢板弹簧模型。Solid92为四面体收稿日期：2010年7

6、月2010／12机械制造48卷第556期▲图5钢板的力学加载实验▲图3钢板等效应力云图▲图4钢板位移云图通过ANSYS的后处理技术，得出钢板在5000N确的分析，为载荷作用下的等效应力云图(见图3)。由图可知，钢板钢板弹簧的弹簧的最大应力主要集中在钢板总成的中部，从中部优化设计提到端部逐渐减小。供新方法，从图4为钢板弹簧在5000N载荷作用下的位移变而使钢板的形图。可知，钢板的变形量为从端部向总成中部逐渐减设计周期缩小，端部的变形量13．971rilln达到最大。短，并降低设计钢板弹簧荷载／N3试验及结果分析▲图6钢板的载荷一位移曲线变化图的成本

7、。为验证有限元分析的准确性和有效性，对轻型货参考文献车钢板弹簧进行力学加载实验，如图5所示。通过对钢[1]肖军．汽车钢板弹簧的应用及其发展趋势【J】．城市车辆，板施加不同的载荷，可获得钢板的位移变形量。表1为2007(11)：54—57．钢板弹簧在不同的载荷作用下，试验和有限元法得到[2】李敏兰，单颖春，石磊．等截面叶片钢板弹簧的有限元分的端部位移量数据。利用MATLAB工具还可将数据以析[J]．设计与研究，2005，32(8)：17—22．图形的方式直观显示出来，如图6所示。【3】周继铭，程悦荪．板簧动态特性的研究【J】．汽车工程，表1不同载荷

8、作用下的位移量1992，12(1)：6O一64．端部载荷有限元法计算实际试验值误差[4]丁能根，马建军．钢板弹簧迟滞特性的有限元分析[J