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基于abaqus的微型車鋼板彈簧有限元分析

發布于:2023-11-02 19:49
有限元分析

      鋼板彈簧是汽車上承受高負荷的彈性元件,兼有導向的作用,具有結構簡單,價格低廉,工作可靠,承載力強等優點,被廣泛地使用在商用車和貨車上面。其結構的好壞直接對汽車行駛的安全性有重要影響,因此,在設計過程中對板簧進行精確的計算具有重要意義。本文利用有限元分析軟件abaqus對某公司的漸變剛度鋼板彈簧進行剛度和應力分析,并通過理論計算、剛度試驗驗證其剛度,同時用試驗驗證有限元模型的正確性。
      利用三維軟件創建板簧總成模型,為了簡化計算得模型,建模過程中忽略了中心孔,U型夾箍,夾箍,幾何模型尺寸如表1所示。板簧采用的材料為60Si2MnA,彈性模量為2.06E5MPa,泊松比μ=0.3,屈服強度950Mpa。
      考慮到板簧計算的精度,單元的大小取板簧厚度尺寸的1/2-1/3,考慮集中載荷的作用,在卷耳處網格進行細化,單元類型采用減縮積分單元C3D8R,采用映射體網格的方式對板簧和上下夾板劃分網格。
      將各片簧與夾板的位置調整好,在相鄰兩簧片以及簧片與夾板之間建接觸對,設置相應的接觸屬性,在切向方向是滑動的,設置摩擦系數,摩擦系數取的數值不要太大,太大會造成收斂問題,本文取0.15。
      對于鋼板彈簧,中心螺栓和U型螺栓的模擬是板簧有限元分析的難點,在板簧相應位置建立耦合點A、B、C、D,A為全卷耳點,B為后卷耳點,H、I分別為上下夾板中心點,將前后卷耳的內表面分別耦合到外部點A、B,將上下夾板的面分別耦合到外部點C、D,在C、D兩點之間建立連接單元,并附上移動屬性,以實現中心螺栓的裝配和U螺栓的夾緊,板簧的有限元模型如圖1所示。
      本文分三步模擬板簧從自由狀態到中心螺栓夾緊U型螺栓夾緊,和加緊后受到工作載荷的過程,將分析步設置成3步。第一步是實現板簧的裝配過程,消除自由狀態各簧片之間的間隙;第二步是模擬U型螺栓夾緊夾緊過程,消除總成的間隙;第三步是對鋼板彈簧總成進行加載,在板簧兩卷耳處施加載荷,考慮到板簧是幾何非線性,將各步幾何非線性都打開。本文加載的是上極限的極限載荷。
      根據板簧實際工作模擬,得到上極限工況下應力最大出現在第三片,圖2是第三片應力云圖分布情況。從圖2可見,上極限最大應力分布在第二簧片夾緊區域兩邊,最大等應力894Mpa。板簧材料的最大許用應力950MPa,遠小于板簧的許允應力,因此在上極限工況下鋼板彈簧的強度是滿足汽車工作要求的。
      漸變鋼板彈簧是一種非線性彈簧,由主簧和副簧組成,當載荷較小時僅有主簧工作,只有載荷達到一定程度后,副簧才開始參加工作,此時剛度逐漸變大,載荷繼續增加,主簧與副簧完全接觸成為一體,剛度達到最大,又呈線性,整個板簧的剛度特性成非線性,這樣有利于提供車輛行駛的舒適性。
      共曲率法是目前計算板簧剛度的通用方法,假設鋼板彈簧在任何載荷下,各片簧都是無縫隙接觸,同一截面上各片簧具有共同的曲率,如果將各片展開,變成新的一片簧,用計算一片簧的剛度等效多片簧的剛度。


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