论文开题报告：江淮货车钢板弹簧设计及其力学性能的有限元分析

湖北汽车工业学院学院
HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVETECHNOLOGY



毕 业 设 计 开 题 报 告

题目 江淮货车钢板弹簧设计及其力学性能的有限元分析

专业 车辆工程

钢板弹簧是车辆悬架系统中的一个重要部件,起着承受车体重量、传递各个方向的力和力矩、缓和车体振动等作用，对整车的行驶平顺性和操纵稳定性有十分重要的影响。传统的汽车钢板弹簧为多片等截面钢板弹簧,这种弹簧由若干片等截面钢片迭加而成,其刚度在工作过程中是不变的,既可用于前悬架,也可用于后悬架。多片钢板弹簧因工艺简单,生产成本低,至今应用仍很普遍[1]。
一、课题来源
课题《江淮货车钢板弹簧设计及其力学性能的有限元分析》属于实际生产应用。通过对钢板弹簧进行非线性有限元分析，得出其应力和位移，并对钢板弹簧刚度进行计算，并进行寿命分析。
二、国内外现状
钢板弹簧在承受载荷时叶片之间存在强烈摩擦，两个摩擦
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年由前苏联专家帕尔希洛夫斯基提出的[9]。其基本思想是: 假设模型在任何载荷下，钢板弹簧各片彼此沿整个长度无间隙接触，在同一截面上具有相同的曲率，于是模型简化为梯形弹簧进行计算,如图1所示。
图1 常用多板簧及其展开图
（2） 集中载荷法
集中载荷法是另外一种用于刚度验算和应力分析的典型方法，也是20世纪50 年代中期由前苏联专家提出[10]。集中载荷力学模型如图2所示。
图2 集中载荷力学模型
假设弹簧有 n 片，当第 1 片的端部承受负荷 P时，第 i 片只在坐标* = l i及 * = l i + 1 处受到 p i 及p i + 1的作用，片间共作用n－ 1个未知力，且认为在*= l i （i = 2，3，…，n） 处相邻两片挠度相等，由此可得到n－1个方程解这一组方程可得到片间各作用力Pi，知道了每一片端部所受的集中负荷，可进一步求出各片的应力分布σi ( *) 和每一片端点挠度f。
2、现代钢板弹簧设计与分析方法
由于钢板弹簧分析中涉及到多层梁的接触问题，计算中运用了各种不同的假定，所以有各种不同的钢板弹簧力学模型。弄清楚簧片之间的接触情况已经超出了材料力学的研究范围，因此上述方法都没有涉及接触情况的研究，而是先假定某一种接触状态然后进行计算。这样先入为主的做法不会完全符合实际情况。因此，通过对各种不同研究分析方法进行比较，形成了钢板弹簧有限单元计算法。（1） 有限单元法
有限单元法即是利用离散化将无限_度的连续体问题变为有限个单元节点参数来进行计算，其优点是不需要任何假设。虽然有限元法的解是近似的，但适当选择单元的形状与数量，可以使近似解达到满意的精度。而且有限元能适应复杂的几何形状或边界条件，处理各种复杂的材料性质问题，解决非同质连续介质的问题，因此被迅速应用到各种工程中。用有限元法计算钢板弹簧的刚度和应力问题，与传统的解析方法相比，具有理论上严密、力学模型统一、精度高等优点。湖南大学首先用有限元方法计算线性等截面钢板弹簧的刚度和应力[11]。有限元方法如下图3所示。
图 3 有限元方法
假定钢板弹簧是对称的，取其一半作为悬臂梁进行计算，按各片端点和最后一片的中点位置把簧片分为若干个区间，取区间分界线与簧片的交点为节点。计算中假定簧片处于伸直状态，变形满足小位移变形理论，且不计变形时簧片之间的摩擦。该方法虽然在理论上严密，计算精度较高，但其计算量很大，需要复杂的编程，计算采用线性有限元法，且没考虑簧片间的摩擦，认为所有接触力是线性分布的，所以不能有效地解决板簧工作过程中大变形和接触非线性等问题。
（2） CAE 法
有限单元法是一种基于理论的解析计算方法，主要是利用各种原理进行计算求解。CAE 法即通常所说的计算机辅助工程分析技术，是指应用有限元法、边界元法等数值模拟方法，辅助工程师用工程上分析的过程及计算方法对工程结构的各项特性进行同步设计与分析的一种方法，主要是利用软件做仿真。目前在可用性、可靠性和计算效率上己经成熟的且国际上知名的CAE 软件有Nastran、Ansys、Adams、Abaqus、Matlab 等。应用CAE 法对汽车钢板弹簧进行设计与分析，其主要思想是: 按照实际情况建立板簧的模型，对其进行考虑接触、摩擦、大变形的非线性求解。精确计算在不同的单片_曲率和形状条件下，组装后各片预应力响应和各叶片间的接触状态、接触压力以及钢板弹簧总成在大 ……（未完，全文共5342字，当前仅显示1876字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告：江淮货车钢板弹簧设计及其力学性能的有限元分析》）