汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究.pdf

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1、第31卷第12期计算机仿真2014年12月文章编号：1006—9348(2014)12—0147—04汽车钢板弹簧在不同摩擦系数下疲劳寿命研究闫彩伟，叶南海，王利，侯飞(湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室，湖南长沙410082)摘要：在钢板弹簧的结构设计中，疲劳寿命是评价其可靠性的重要指标。为了更准确地预估钢板弹簧的疲劳寿命，利用AN—SYS的非线性求解模块，建立了某载货汽车钢板弹簧的有限元模型，考虑到簧片间接触摩擦因素，首先分析了不同摩擦系数下板簧的等效应力；考虑到应力与疲劳寿命之间的关系，用Fatigue软件进一步

2、分析摩擦系数对疲劳寿命的影响，并通过试验验证了分析结果的可信性。结果表明，随着摩擦系数的增大，钢板弹簧的等效应力降低，疲劳寿命增大。关键词：钢板弹簧；有限元分析；摩擦系数；疲劳寿命中图分类号：THl28文献标识码：BFatigueReliabilityAnalysisofAutomobileArmorPlateSpringConsideringDifferentFrictionCoefficientsYANCai—wei．YENan—hai，WANGLi，HOUFei(StateKeyLaboratoryofAdvancedD

3、esignandManufacturingforVehicleBody，University，ChangshaHunan410082，China)ABSTRACT：Inthestructuredesignofarmorleafspring，thefatiguelifeisanimportantindexofreliabilityevalua-tion．Inordertoaccuratelyestimatethefatiguelifemore，thefiniteelementmodelofarmorleafspringwases

4、tablishedbasedonnonlinearsolutionmoduleofANSYS．Andfirstly，theequivalentstressesunderdifferentfrictioncoefficientswereanalyzed．Consideringtherelationshipbetweenstressandfatiguelife，theinfluenceofthefrictioncoefficienttofatiguelifewasfurtheranalyzedwithFatigue．Thecred

5、ibilityofanalysisresultWasverifiedwithexperiment．There—suitshowsthatwiththeincreaseoffrictioncoefficient，theequivalentstressofarmorplatespringreduces，andthefa-tiguelifeincreases．KEYWORDS：Armorplatespring；FEA；Frictioncoefficients；Fatiguelife1引言汽车钢板弹簧是汽车悬挂系统中重要的弹性元件，起

6、着连接车轮和车架的作用，主要用来传递垂直力，缓和由路面不平引起的冲击载荷和振动，因其结构简单，维修保养方便，制造成本低，而在商用车中得到了广泛使用⋯。为了获得最佳的平顺性和良好的操纵稳定性，必须保证钢板弹簧具有较高的强度和使用寿命。影响钢板弹簧疲劳寿命的因素有很多，主要分为材料特性、载荷、零件的形式和尺寸以及腐蚀和摩擦等。近年来，国内外很多学者对钢板弹簧的疲劳可靠性做出了大量研究。李轶石利用有限元法分析了加工工艺对钢板弹簧疲劳寿命基金项目：国家自然科学基金资助(51375154)收稿日期：2014—02—24修回日期：2014

7、—03—25的影响‘2o；滕瑛瑶等分析了钢板弹簧材料、加工工艺、设计参数对板簧疲劳寿命的影响¨j；朱剑宝等研究了用ANSYS疲劳分析模块分析钢板弹簧疲劳寿命的方法‘41。但这些研究大都忽略了簧片之间的接触摩擦对其疲劳寿命的影响，导致分析结果不够准确，给钢板弹簧的设计造成了一定的误差。针对上述问题，本文在研究钢板弹簧疲劳寿命时全面考虑了簧片间的接触摩擦情况。利用ANSYS软件建立钢板弹簧的有限元模型，并通过其非线性求解模块计算钢板弹簧在不同摩擦系数下的应力状况；进而基于材料的S—N曲线，完成钢板弹簧在不同摩擦系数下的疲劳寿命分析

8、。2理论分析2．1接触摩擦原理根据哈密尔顿原理，在所有可能的随时间变化的位移中，最精确的解是使拉格朗日泛函L取得最小值，即一147—6JI■=0(1)L=T一11+孵(2)式中：r为整个问题域的动能；，，为整个问题域的弹性应变能；盯为外力所做的功。根据位移变分的任意性，并经过