汽车钢板弹簧设计的非线性振动有限元分析

作者:马坚 刊名:客车技术与研究 上传者:崔文静

【摘要】通过有限元建模 ,利用 ANSYS软件对钢板弹簧进行非线性接触 CAE分析 ;通过分析 ,提出了结构改进方案 ,消除了钢板弹簧的非线性振动 ,并提高了其使用寿命

全文阅读

汽车钢板弹簧设计的非线性振动有限元分析 马 坚 (华中科技大学 机械学院, 湖北 武汉 430000) 摘 要: 通过有限元建模, 利用AN SYS 软件对钢板弹簧进行非线性接触CA E 分析; 通过分析, 提出了结构改进方案, 消除了钢板弹簧的非线性振动, 并提高了其使用寿命。关键词: 钢板弹簧; 非线性振动; 有限元; CA E Abstract: Through the finite element CA E method, the author made use of the AN SYS softw are for analyzing the nonlinear vibration characteristics of leaf spring and then put forw ard an improving scheme. The scheme descended the nonlinear vibration and extended the lifetime. Key words:L eaf spring; Nonlinear vibration; Finite element; CA E 中图分类号:U 463. 33+ 411    文献标识码:A     文章编号: 100623331(2004) 030008202    钢板弹簧悬架传递着作用在车轮与车体之间的一切力和力矩, 并能缓和由不平路面传给车身的冲击载荷, 保证车辆正常行驶。现在很多车型都选用了变刚度钢板弹簧, 该种钢板弹簧的优点是在客车空载与满载状态之间呈非线性状态, 使悬架在客车空载、满载状态下接近等频性, 从而可以提高客车的平顺性。但某型客车在营运过程中时常出现后钢板弹簧断裂的故障, 影响行驶安全。对此我们运用有限元计算方法, 做出一些分析, 并提出结构上的一些改进措施。 1 故障件分析 将发生断裂的钢板弹簧进行归类统计并对断裂件送东风公司技术中心进行金相、硬度、化学成分试验分析, 通过分析和统计得出以下结果: (1) 所有断裂件多是板簧第二片距中心孔 100 ~ 150 mm 左右部位断裂。 (2) 所有断裂件左簧断裂居多。 (3) 材料的金相、硬度、化学成分试验分析均合 格。 因此, 可以初步认为, 板簧断裂可能为板簧结构设计不合理, 在板簧第二片上产生了应力集中点的原因所致。 2 工程计算与分析 211 原因分析 进一步分析导致钢板弹簧断裂的主要原因如 下: (1) 静、动态强度不满足设计要求, 尤其是动态强度不够, 致使其在使用过程中由于实际动应力超过疲劳破坏应力限而断裂。 (2) 产生自激振动, 加速板簧疲劳破坏。 钢板弹簧第一片簧与第二片簧的简化力学模型如图 1 所示。 图 1 簧片简化力学模型第二片弹簧的振动微分方程 m xβ+ cxα+ kx = F (x )式中  F (x ) = F (0) + F (0) dx x + 1 2! d 2F (0) dx 2 x 2+ ⋯ 第二片弹簧的振动具有以下特点: (1) 第一片弹簧和第二片弹簧之间是接触问题, 在振动中是一种典型的非线性。 (2) 第二片弹簧的能量来源于第一片, 第一片弹簧和第二片弹簧之间是内在力, 并构成一个闭环系统。 (3) 自激振动会增大第二片弹簧的振动, 加速疲劳破坏。改变自激振动系统的循环链, 可抑制其振 动。 22 设计与分析方法 2211 传统的方法 (1) 共同曲率法——假定在任何载荷下, 钢板弹簧各片彼此沿整个长度无间隙接触, 在同一截面上各片具有相同的曲率,

参考文献

引证文献

问答

我要提问