基于有限元的某多片钢板弹簧性能仿真研究

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1、硕士学位论文摘要钢板弹簧是汽车非独立悬挂装置中常用的一种弹性元件。其作用是传递车轮与车身之间的力和力矩，缓和由于路面不平而传递给车身的冲击载荷，衰减冲击载荷所引起的振动，保证车辆的行驶平顺性。钢板弹簧结构简单，维修方便，成本低廉，在悬挂系统中可兼起导向作用，因此得到极为广泛的应用，其疲劳特性与阻尼特性对车辆行驶的可靠性和安全性有重要意义。本文在对多片钢板弹簧结构应力有限元分析的基础上，对其进行性能的模拟分析研究。利用UG/GRIP语言，编写二次开发程序，建立钢板弹簧各簧片自由状态下的参数化三维模型。根据该型号多片钢板弹簧的三维尺寸、曲率半径和自由弧高等设计参数，建立每一片钢板弹簧簧片的三维实

2、体模型。参数化建模简化了复杂烦琐的建模过程，为模型的修改以及其他型号钢板弹簧三维模型的建立提供了方便。根据建成的钢板弹簧三维模型，利用ANSYS软件进行映射网格划分，并在两簧片的接触区域生成ANSYS软件所提供的接触单元，建立起多片钢板弹簧的有限元模型。通过适当的特性选取，模拟簧片间的非线性接触。模拟装配夹紧过程施加的载荷约束，并计算该过程中钢板弹簧内部产生的预应力，验证模型装配的正确性。模拟钢板弹簧刚度试验，计算装配后钢板弹簧的刚度，并与实际试验结果比较，验证模型的正确性。利用材料的S-N曲线，并考虑钢板弹簧实际的零部件特征对其疲劳寿命的影响，利用ANSYS疲劳分析模块进行疲劳计算，确定出

3、钢板弹簧的疲劳危险区域以及疲劳寿命，并与试验得出的疲劳寿命做对比。根据机械振动学原理，对钢板弹簧进行阻尼特性仿真分析，计算出该型号多片钢板弹簧的阻尼比。本文通过参数化建模和有限元法，对某型号多片钢板弹簧进行刚度、疲劳寿命和阻尼的仿真分析，并将计算结果与试验结果进行对比。研究表明有限元法在钢板弹簧特性分析中有很高的准确性，对实体模型采用疲劳寿命的S-N曲线法计算能较准确的预测出疲劳破坏发生的区域及结构的疲劳寿命，在实际应用中可以缩短开发周期，减少成本，有很高的使用价值。关键词：多片钢板弹簧；有限元；参数化；接触；疲劳寿命；阻尼I基于有限元的某多片钢板弹簧性能仿真试验研究AbstractLeaf

4、springisanelasticcomponentoftenusedindependent-typesuspensiononmodernvehicles.It’sfunctionistransferringtheforceandmomentfromwheeltobody,decreasingtheimpactloadfromroadsurface,attenuatingthevibrationwhichcausedbytheimpactload,assuringtheregularrunningofthevehicle.Leafspringhassimplenessconfiguratio

5、nandlowmanufacturingcost,it’seasytomaintainandasaguidemechanismofthesuspension.Thoseadvantagesmakesleafspringbeusedwildly,anditsfatigueanddampcharacteristicsarevitaltothereliabilityandsecurityinthevehicleriding.ThispaperimplementaCAEperformanceanalysisbasedontheFEanalysisofonetypemulti-leafspring.B

6、yusingtheUG/GRIP,aparametric3Dmodelofeachleafspringwhichatfreeconditionisconstructed.Accordingtothedesignparameterofthismulti-leafspring,suchasdimension,curvatureandarchigh,asolidmodelleafisconstructedautomatically.Theparametricmodelingcanpredigestthemodelingtaskandprovideaconvenientwaytomodifyorco

7、nstructnewsolidmodelofmulti-leafspring.Makinguseofthesolidmodel,aFEmodelofthemulti-leafspringisconstructedbyANSYS’mappedmesh.Tofigureoutthenonlinearcontactconditionoftheleafspring,weusecontactelementtypetos