少片变截面钢板弹簧计算机模型的建立及其性能研究

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钢板弹簧是一种常用的弹性元件,应用于非独立悬挂的汽车悬架装置中。它传递作用在车轮与车身之间的一切力和力矩,并缓和由不平路面传给车身的冲击载荷,衰减由冲击载荷引起的振动,保证车辆正常行驶。钢板弹簧还可在悬架中兼做导向机构,从而简化悬架结构,也使得保养维修方便,制造成本降低。为了充分利用材料,钢板弹簧做成接近于等强度梁的形式,现在常见的少片钢板弹簧就是这一类型。为了更好地对少片变截面钢板弹簧进行设计,本文对其进行了计算机模型的建立以及性能的模拟分析研究。 根据少片变截面钢板弹簧的设计图纸,建立参数化三维模型。就是说,编写Unigraphics 的二次开发程序,根据每一片变截面钢板弹簧在自由状态下的三维尺寸、曲率半径和自由弧高,建立每一片钢板弹簧的实体模型。参数化建模简化了模型建立过程中的繁琐程序,为以后的仿真研究提供了方便。 通过映射单元划分法,利用少片变截面钢板弹簧的实体模型,建立钢板弹簧的有限元模型。在钢板的接触面间添加接触单元,合理地设置各种接触参数,模拟板间摩擦。为了验证模型的正确性,本文采取了两种方法,即装配应力验算和弹簧刚度验算。由于板簧在运作的过程中存在装配应力,在有限元分析中,将每一片自由的簧片进行装配,成为少片变截面钢板弹簧总成,并计算出钢板弹簧的装配应力,并与装配应力的理论值进行比较。然后进行弹性特性试验仿真,得出弹簧刚度的仿真值,再与刚度的试验值比较。利用材料力学公式推导出少片变截面钢板弹簧刚度的理论计算公式,并比较理论值和仿真值的差异。 利用类似材料的S-N 曲线,进行疲劳寿命仿真分析,确定出板簧的疲劳危险区域,危险区域的疲劳寿命,并把仿真结果与疲劳寿命试验结果进行对比,确定仿真的正确性。对钢板弹簧的设计参数进行调整,讨论在不同板厚的情况下板簧疲劳寿命。 进行阻尼特性的仿真分析,考虑到试验验证的可行性,进行了总成静态压缩,记录下每一簧片的变形情况。再分别对每一簧片进行静态压缩模拟,再根据两种情况的差异求出钢板弹簧的等效阻尼,并讨论在不同的摩擦系数对等效阻尼的影响,为钢板弹簧悬架里减震器的设计提供了一个有力的参考依据。
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