渐变刚度钢板弹簧的模拟仿真
发布时间：2020-09-30 17:06
钢板弹簧是汽车非独立悬挂装置中的一种常用的弹性元件,广泛应用于货车、大客车、微型面包车后悬架上。合理地确定钢板弹簧的性能、疲劳寿命等参数是整车设计水平的关键因素之一,这对提高汽车行驶的安全性、平顺性以及使用寿命都具有重要意义。 渐变刚度钢板弹簧是国内外轻型汽车中广泛采用的一种板簧结构,本文综合考虑了渐变刚度钢板弹簧在实际工况中的多种因素,运用有限元分析软件ABAQUS对钢板弹簧进行了有限元分析,主要工作有: 1)利用结构非线性有限元方法,考虑了渐变刚度钢板弹簧的大变形几何非线性和簧片间的接触非线性,以及装配过程时的预应力和工作应力的结合,较全面的考虑了钢板弹簧在实际工况下的各种因素,建立了渐变钢板弹簧的有限元模型,并进行了分析和计算。将得到的仿真结果和试验结果进行比较,验证模型的正确性。 2)从喷丸成形的客观机理出发,运用ABAQUS提供的初始应力用户子程序,模拟在喷丸成形过程中所形成的残余应力场。建立施加喷丸预应力场的板簧有限元模型,将模拟结果与未施加喷丸预应力的板簧进行了应力分析比较。 3)使用疲劳仿真分析软件MSC.Fatigue对未施加喷丸预应力和施加喷丸预应力的钢板弹簧进行了疲劳寿命比较,并通过实际的钢板弹簧的疲劳试验来验证结论的正确性。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH135.2
【部分图文】：
程中钢板弹簧产生大变形，属于几何非线性问题；同时叶片间存在接触，接触状态与多种因素相关，属于典型的边界条件非线性问题，因此，钢板弹簧计算中的强度和刚度计算分析是一个包含复杂接触关系、几何非线性分析问题。本文综合考虑了结构的大变形，簧片间的接触，装配过程时的预应力和工作应力的结合，以及簧片制作工艺中的喷丸压应力，较全面的考虑了钢板弹簧各种非线性因素，以减少简化产生的误差，从而实现对钢板弹簧的精确计算。3.1 钢板弹簧的基本结构渐变刚度钢板弹簧是一种非线性弹簧，具有较稳定的固有频率，从而可以保证车辆行驶中都能得到良好的平顺性。渐变刚度钢板弹簧由主簧和副簧组成，如图 3-1所示，由三片等截面主簧及一片变截面副簧组成的渐变刚度钢板弹簧，放置在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，呈非线性特性。
表 3-2 簧片几何参数簧片 d 宽度 (mm) h 厚度 (mm) L 弧长 (mm)4 60 7 1030主簧3 60 6 8552 60 6 735副簧 1 60 11 640该板簧由四片组成，板簧的几何形状和材料特性如密度、弹性模量等按实际输入，出于简化的目的，建模时没有考虑弹簧模型的中心孔、倒角、尼龙垫片以及夹箍、铆钉等连接件[38]。如果使用全尺寸模型并考虑弹簧细节，可以进一步提高分析精度，但是由于对钢板弹簧实际应力状况影响较小，不仅大大增加计算量，而且会造成收敛困难。钢板弹簧使用的材料类型为各向同性的线弹性材料255Si Mn ，因此有限元模型中定义材料特性为弹性模量 E = 2.12e 1 1Pa，泊松比 μ = 0.3。钢板弹簧结构简单，本文假定装配过程前弹簧各叶片处于自由状态并且是离散的，根据相关结构参数直接生成几何模型，图 3-2 为钢板弹簧的总成几何模型。
性减缩积分单元。采用减缩积分单元是因为减缩积分单元只在单元中心有一个积分点，求解时采用更精确的均匀应变公式来计算单元应变分量的平均值。但是减缩积分单元由于存在沙漏问题而显得过于柔软，细划在接触表面附近的网格可以缓解沙漏问题[39]。根据有限元理论可知，对同一个分析对象，单元划分越细，对实际结构的模拟越精确，但单元划分过细，即生成的单元数量过多，则计算时间会大幅度增加。钢板弹簧采用六面体网格划分，共划分了 12810 个单元，20632 个节点，装配前的钢板弹簧有限元计算整体模型如图 3-3 所示。
本文编号：2831113
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TH135.2
【部分图文】：
程中钢板弹簧产生大变形，属于几何非线性问题；同时叶片间存在接触，接触状态与多种因素相关，属于典型的边界条件非线性问题，因此，钢板弹簧计算中的强度和刚度计算分析是一个包含复杂接触关系、几何非线性分析问题。本文综合考虑了结构的大变形，簧片间的接触，装配过程时的预应力和工作应力的结合，以及簧片制作工艺中的喷丸压应力，较全面的考虑了钢板弹簧各种非线性因素，以减少简化产生的误差，从而实现对钢板弹簧的精确计算。3.1 钢板弹簧的基本结构渐变刚度钢板弹簧是一种非线性弹簧，具有较稳定的固有频率，从而可以保证车辆行驶中都能得到良好的平顺性。渐变刚度钢板弹簧由主簧和副簧组成，如图 3-1所示，由三片等截面主簧及一片变截面副簧组成的渐变刚度钢板弹簧，放置在主簧之下，副簧随汽车载荷变化逐渐起作用，呈非线性特性。
表 3-2 簧片几何参数簧片 d 宽度 (mm) h 厚度 (mm) L 弧长 (mm)4 60 7 1030主簧3 60 6 8552 60 6 735副簧 1 60 11 640该板簧由四片组成，板簧的几何形状和材料特性如密度、弹性模量等按实际输入，出于简化的目的，建模时没有考虑弹簧模型的中心孔、倒角、尼龙垫片以及夹箍、铆钉等连接件[38]。如果使用全尺寸模型并考虑弹簧细节，可以进一步提高分析精度，但是由于对钢板弹簧实际应力状况影响较小，不仅大大增加计算量，而且会造成收敛困难。钢板弹簧使用的材料类型为各向同性的线弹性材料255Si Mn ，因此有限元模型中定义材料特性为弹性模量 E = 2.12e 1 1Pa，泊松比 μ = 0.3。钢板弹簧结构简单，本文假定装配过程前弹簧各叶片处于自由状态并且是离散的，根据相关结构参数直接生成几何模型，图 3-2 为钢板弹簧的总成几何模型。
性减缩积分单元。采用减缩积分单元是因为减缩积分单元只在单元中心有一个积分点，求解时采用更精确的均匀应变公式来计算单元应变分量的平均值。但是减缩积分单元由于存在沙漏问题而显得过于柔软，细划在接触表面附近的网格可以缓解沙漏问题[39]。根据有限元理论可知，对同一个分析对象，单元划分越细，对实际结构的模拟越精确，但单元划分过细，即生成的单元数量过多，则计算时间会大幅度增加。钢板弹簧采用六面体网格划分，共划分了 12810 个单元，20632 个节点，装配前的钢板弹簧有限元计算整体模型如图 3-3 所示。
【引证文献】
相关硕士学位论文 前2条
1 李刚;渐变刚度钢板弹簧后悬架有限元与动力学建模及仿真[D];吉林大学;2011年
2 赵靖洲;提高少片簧承载能力的设计方法研究[D];吉林大学;2012年
本文编号：2831113
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