論文開題報(bào)告：江淮貨車鋼板彈簧設(shè)計(jì)及其力學(xué)性能的有限元分析

湖北汽車工業(yè)學(xué)院學(xué)院
HUBEI UNIVERSITY OF AUTOMOTIVETECHNOLOGY



畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告

題目 江淮貨車鋼板彈簧設(shè)計(jì)及其力學(xué)性能的有限元分析

專業(yè) 車輛工程

鋼板彈簧是車輛懸架系統(tǒng)中的一個(gè)重要部件,起著承受車體重量、傳遞各個(gè)方向的力和力矩、緩和車體振動(dòng)等作用，對(duì)整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性有十分重要的影響。傳統(tǒng)的汽車鋼板彈簧為多片等截面鋼板彈簧,這種彈簧由若干片等截面鋼片迭加而成,其剛度在工作過程中是不變的,既可用于前懸架,也可用于后懸架。多片鋼板彈簧因工藝簡(jiǎn)單,生產(chǎn)成本低,至今應(yīng)用仍很普遍[1]。
一、課題來(lái)源
課題《江淮貨車鋼板彈簧設(shè)計(jì)及其力學(xué)性能的有限元分析》屬于實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用。通過對(duì)鋼板彈簧進(jìn)行非線性有限元分析，得出其應(yīng)力和位移，并對(duì)鋼板彈簧剛度進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行壽命分析。
二、國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
鋼板彈簧在承受載荷時(shí)葉片之間存在強(qiáng)烈摩擦，兩個(gè)摩擦
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年由前蘇聯(lián)專家帕爾希洛夫斯基提出的[9]。其基本思想是: 假設(shè)模型在任何載荷下，鋼板彈簧各片彼此沿整個(gè)長(zhǎng)度無(wú)間隙接觸，在同一截面上具有相同的曲率，于是模型簡(jiǎn)化為梯形彈簧進(jìn)行計(jì)算,如圖1所示。
圖1 常用多板簧及其展開圖
（2） 集中載荷法
集中載荷法是另外一種用于剛度驗(yàn)算和應(yīng)力分析的典型方法，也是20世紀(jì)50 年代中期由前蘇聯(lián)專家提出[10]。集中載荷力學(xué)模型如圖2所示。
圖2 集中載荷力學(xué)模型
假設(shè)彈簧有 n 片，當(dāng)?shù)?1 片的端部承受負(fù)荷 P時(shí)，第 i 片只在坐標(biāo)* = l i及 * = l i + 1 處受到 p i 及p i + 1的作用，片間共作用n－ 1個(gè)未知力，且認(rèn)為在*= l i （i = 2，3，…，n） 處相鄰兩片撓度相等，由此可得到n－1個(gè)方程解這一組方程可得到片間各作用力Pi，知道了每一片端部所受的集中負(fù)荷，可進(jìn)一步求出各片的應(yīng)力分布σi ( *) 和每一片端點(diǎn)撓度f(wàn)。
2、現(xiàn)代鋼板彈簧設(shè)計(jì)與分析方法
由于鋼板彈簧分析中涉及到多層梁的接觸問題，計(jì)算中運(yùn)用了各種不同的假定，所以有各種不同的鋼板彈簧力學(xué)模型。弄清楚簧片之間的接觸情況已經(jīng)超出了材料力學(xué)的研究范圍，因此上述方法都沒有涉及接觸情況的研究，而是先假定某一種接觸狀態(tài)然后進(jìn)行計(jì)算。這樣先入為主的做法不會(huì)完全符合實(shí)際情況。因此，通過對(duì)各種不同研究分析方法進(jìn)行比較，形成了鋼板彈簧有限單元計(jì)算法。（1） 有限單元法
有限單元法即是利用離散化將無(wú)限_度的連續(xù)體問題變?yōu)橛邢迋�(gè)單元節(jié)點(diǎn)參數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，其優(yōu)點(diǎn)是不需要任何假設(shè)。雖然有限元法的解是近似的，但適當(dāng)選擇單元的形狀與數(shù)量，可以使近似解達(dá)到滿意的精度。而且有限元能適應(yīng)復(fù)雜的幾何形狀或邊界條件，處理各種復(fù)雜的材料性質(zhì)問題，解決非同質(zhì)連續(xù)介質(zhì)的問題，因此被迅速應(yīng)用到各種工程中。用有限元法計(jì)算鋼板彈簧的剛度和應(yīng)力問題，與傳統(tǒng)的解析方法相比，具有理論上嚴(yán)密、力學(xué)模型統(tǒng)一、精度高等優(yōu)點(diǎn)。湖南大學(xué)首先用有限元方法計(jì)算線性等截面鋼板彈簧的剛度和應(yīng)力[11]。有限元方法如下圖3所示。
圖 3 有限元方法
假定鋼板彈簧是對(duì)稱的，取其一半作為懸臂梁進(jìn)行計(jì)算，按各片端點(diǎn)和最后一片的中點(diǎn)位置把簧片分為若干個(gè)區(qū)間，取區(qū)間分界線與簧片的交點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)。計(jì)算中假定簧片處于伸直狀態(tài)，變形滿足小位移變形理論，且不計(jì)變形時(shí)簧片之間的摩擦。該方法雖然在理論上嚴(yán)密，計(jì)算精度較高，但其計(jì)算量很大，需要復(fù)雜的編程，計(jì)算采用線性有限元法，且沒考慮簧片間的摩擦，認(rèn)為所有接觸力是線性分布的，所以不能有效地解決板簧工作過程中大變形和接觸非線性等問題。
（2） CAE 法
有限單元法是一種基于理論的解析計(jì)算方法，主要是利用各種原理進(jìn)行計(jì)算求解。CAE 法即通常所說(shuō)的計(jì)算機(jī)輔助工程分析技術(shù)，是指應(yīng)用有限元法、邊界元法等數(shù)值模擬方法，輔助工程師用工程上分析的過程及計(jì)算方法對(duì)工程結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)特性進(jìn)行同步設(shè)計(jì)與分析的一種方法，主要是利用軟件做仿真。目前在可用性、可靠性和計(jì)算效率上己經(jīng)成熟的且國(guó)際上知名的CAE 軟件有Nastran、Ansys、Adams、Abaqus、Matlab 等。應(yīng)用CAE 法對(duì)汽車鋼板彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，其主要思想是: 按照實(shí)際情況建立板簧的模型，對(duì)其進(jìn)行考慮接觸、摩擦、大變形的非線性求解。精確計(jì)算在不同的單片_曲率和形狀條件下，組裝后各片預(yù)應(yīng)力響應(yīng)和各葉片間的接觸狀態(tài)、接觸壓力以及鋼板彈簧總成在大 ……（未完，全文共5342字，當(dāng)前僅顯示1876字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報(bào)告：江淮貨車鋼板彈簧設(shè)計(jì)及其力學(xué)性能的有限元分析》）