漸變剛度鋼板彈簧的非線性有限元分析

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1、振動(dòng)!測試與診斷第!"卷第"期.',9!":'9"#$%"年%$月;<19#$%"&'()*+,'-./0)+1/'*"23+4()353*167/+8*'4/4!"##%$9%=>"$$?9<*@/9/44*9%$$>A=B$%9#$%"9$"9$$!漸變剛度鋼板彈簧的非線性有限元分析!王"勇%!"李舜酩%!"張?jiān)?!"曹倩倩%%%9南京航空航天大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院"南京"#%$$%=&"%#9南京工程學(xué)院汽車與軌道交通學(xué)院"南京"#%%%=C&摘要"針對(duì)傳統(tǒng)的鋼板彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算方法難以考慮鋼板彈簧實(shí)際的工作狀況"綜合考慮鋼板彈簧

2、實(shí)際工作過程中的大變形!各簧片及墊片之間的接觸和摩擦等非線性因素"基于有限元分析方法對(duì)某汽車后懸架漸變剛度鋼板彈簧的剛度及強(qiáng)度特性進(jìn)行分析'其剛度及強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果表明"考慮非線性因素后建立的鋼板彈簧有限元模型精度比較高'在模型驗(yàn)證精確的基礎(chǔ)上"利用瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析方法求解鋼板彈簧在簡諧載荷激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)"獲得其動(dòng)態(tài)特性隨激勵(lì)載荷頻率與幅值的變化規(guī)律'該建模方法能有效地模擬鋼板彈簧實(shí)際工作狀態(tài)"可為鋼板彈簧結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的優(yōu)化提供前提'關(guān)鍵詞"鋼板彈簧(非線性(建模(有限元分析(動(dòng)態(tài)特性中圖分類號(hào)"D>=!9!!上"利用J*4G4瞬態(tài)動(dòng)力

3、學(xué)法分析鋼板彈簧在簡諧引"言載荷激勵(lì)下的動(dòng)態(tài)特性"研究其動(dòng)態(tài)特性隨激勵(lì)載荷頻率與幅值的變化規(guī)律'鋼板彈簧是汽車懸架系統(tǒng)中重要的彈性元件及導(dǎo)向裝置"具有結(jié)構(gòu)簡單!工作可靠!成本低廉和維$"鋼板彈簧靜力學(xué)分析修方便等優(yōu)點(diǎn)"在汽車懸架系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用')%*傳統(tǒng)的鋼板彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算方法"如共同曲率$9$"鋼板彈簧有限元模型建立法及集中載荷法"難以考慮鋼板彈簧實(shí)際工作過程中的接觸及摩擦情況"計(jì)算得到的鋼板彈簧剛度及""鋼板彈簧模型為某汽車后懸架漸變剛度鋼板彈簧"由=片鋼板彈簧組成"上四片鋼板彈簧為主簧"強(qiáng)度特性與試驗(yàn)值相差較大"實(shí)際情況中必須

4、經(jīng)過下兩片鋼板彈簧為副簧"主簧截面尺寸為B55K某種修正才能滿足設(shè)計(jì)計(jì)算的要求'近幾年來"利用有限元軟件分析鋼板彈簧的剛度及強(qiáng)度特性逐漸=$55"副簧截面尺寸為%=55K=$55'=片鋼板彈簧之間用中心螺栓連接并用D形螺栓夾緊在成為主要研究方法'文獻(xiàn))#A!*考慮了鋼板彈簧各簧片之間的接觸與摩擦特性"分析了鋼板彈簧在靜汽車橋殼上'由于此鋼板彈簧為非對(duì)稱式鋼板彈態(tài)載荷作用下的剛度特性'文獻(xiàn))>A=*分析了復(fù)合簧"所以需整體考慮分析"并且考慮各簧片之間墊片材料鋼板彈簧的剛度及強(qiáng)度特性'文獻(xiàn))C*分析了的影響以滿足實(shí)際情況'鋼板彈簧的遲

5、滯特性與等效阻尼隨激勵(lì)載荷的變化鋼板彈簧總成模型是一個(gè)實(shí)體組合模型"考慮規(guī)律'文獻(xiàn))BAE*考慮鋼板彈簧各簧片之間的接觸"鋼板彈簧實(shí)際工作過程中的受力情況"用B節(jié)點(diǎn)三建立了鋼板彈簧動(dòng)力學(xué)模型'維實(shí)體單元L;MN7>"來模擬鋼板彈簧'鋼板彈簧筆者考慮鋼板彈簧實(shí)際工作過程中的大變形!各簧片在D形螺栓之外的部分仍可以相互接觸或各簧片及墊片之間的接觸和摩擦等非線性因素"利分離"考慮鋼板彈簧各簧片之間的接觸為非線性問用有限元軟件FGH3)534I及J*4G4對(duì)某汽車后懸題"需要采用不同的單元類型來進(jìn)行模擬計(jì)算"利用架漸變剛度鋼板彈簧的靜態(tài)特

6、性%剛度及強(qiáng)度&進(jìn)行J*4G4中的O+)831%C$和P'*1+<1%C>兩種三維接觸分析"進(jìn)而通過鋼板彈簧的剛度和強(qiáng)度試驗(yàn)驗(yàn)證有單元來模擬鋼板彈簧各簧片之間及墊片間的接觸"限元模型的精確性'在有限元模型驗(yàn)證精確的基礎(chǔ)這兩種單元能充分體現(xiàn)接觸單元之間的柔性特征'!江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程資助項(xiàng)目%QRMS+$#>!&(中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目收稿日期##$%!A$CA$>(修回日期##$%!A$BA!$"第"期王"勇"等#漸變剛度鋼板彈簧的非線性有限元分析B#C在鋼板彈簧的有限元模型中共定義了%>個(gè)接觸對(duì)'建立的鋼板

7、彈簧有限元模型如圖%所示"整個(gè)網(wǎng)格單元數(shù)為EE%$#"節(jié)點(diǎn)數(shù)目為BC$"!'圖>"鋼板彈簧總成.'*2/434等效應(yīng)力云圖T/89>".'*2/4343Y(/Z+,3*141)344<,'(U-/8()3'-圖%"鋼板彈簧有限元模型1I3,3+-4H)/*8+44350,GT/89%"T/*/133,353*15'U3,'-1I3,3+-4H)/*8$9%"鋼板彈簧模型約束及求解設(shè)置鋼板彈簧總成在中部用D型螺栓夾緊在汽車橋殼上"利用多節(jié)點(diǎn)約束單元2VP單元將第=片鋼板板簧D型螺栓區(qū)域處的節(jié)點(diǎn)連在一起"在中心節(jié)點(diǎn)處施加載荷"方向垂直

8、向上'利用2VP單元將鋼板彈簧中心螺栓處的節(jié)點(diǎn)連在一起"模擬中心螺栓的作用'鋼板彈簧兩端卷耳部分處的約束為#鋼板彈簧的支承方式為一端固支的卷耳"另一端采用鉸支的吊耳'鋼板彈簧施加約束后的有限元模型如圖#所示'圖""鋼板彈簧各簧片.'*2/434等效