汽车减震器弹簧盘疲劳仿真分析_陈芳芳
车辆减振器动态特性的仿真研究的开题报告
车辆减振器动态特性的仿真研究的开题报告一、选题背景车辆减振器作为车辆运动学与乘车舒适性的重要组成部分，具有很高的研究价值。
在现代地面交通领域，车辆制造业正向更为高速、更加先进、更为安全的方向发展，而减振器的作用在其中至关重要。
目前，已经有很多学者针对车辆减振器的静态特性（如弹性特性、阻尼特性等）进行了深入研究，在这些研究的基础上，有必要深入了解减振器在实际运行中的动态特性（如工作状态、应变应力分布等）。
在车辆制造业的发展中，提高车辆的运行稳定性和乘车舒适性已成为行业的主要目标。
为此，通过减振器动态特性仿真研究，可以得到更为清晰、深入的减振器动态特性数据，并进一步提高车辆减振器的设计和制造水平，有助于促进我国车辆制造产业的发展。
二、研究意义1. 加深对车辆减振器动态特性的理解车辆减振器动态特性是车辆运动学和乘车舒适性的重要组成部分，加深对车辆减振器动态特性的研究，有助于提高车辆的性能和舒适度。
2. 探讨车辆减振器参数对车辆性能的影响通过仿真研究，可以得出不同减振器参数对车辆性能的影响规律，有助于车辆制造企业在设计和制造车辆时有的放矢。
3. 促进我国车辆制造业的发展通过深入研究车辆减振器动态特性，可以为我国的车辆制造产业提供有力的技术支持，提高我国车辆制造业的核心竞争力。
三、研究内容1. 建立车辆减振器动态特性仿真模型基于有限元法或者其他适合的方法，建立减振器的动态特性仿真模型。
2. 研究不同减振器参数对车辆性能的影响通过变化减振器的弹性特性、阻尼特性、质量等参数，研究不同减振器参数对车辆性能的影响和规律，探讨如何通过调整减振器参数提高车辆的性能和舒适度。
3. 结合试验数据验证仿真结果利用试验技术获取车辆减振器动态特性相关数据，与仿真结果进行比较，验证减振器动态特性仿真模型的准确性。
四、研究方法1. 基于有限元法或其他适合的方法，建立车辆减振器的动态特性仿真模型。
2. 利用现代仿真技术和数值计算方法，对减振器的动态特性进行解析。
基于Workbench车辆减振器弹簧盘的疲劳分析
２ ３ 疲 劳 强 度 的 影 响 因 素 ．
弹 簧盘 材料 冷轧钢 板疲 劳数 据 的试 验都 是 由光
滑试样 得 出的 ， 以弹 簧盘 的疲 劳 强度 参 数 和 其 材 所
疲劳 危 险部位 的应 力 集 中系 数 和名 义 应 力 ， 合 疲 结 料 的疲 劳强度 参数 有较 大差 别 ．影 响 弹簧 盘疲 劳 强 度 的主要 因素包 括缺 口效 应 、 寸效 应 、 面加 工方 尺 表 法 和平 均应 力等 ． 当弹簧 盘材 料冷 轧 钢 板 的 ５一 曲线 的斜 线 部 Ⅳ
０
网划 格 分Ｉ
其 中 ， 与 ｍ 是 与 弹 簧 盘 的 结 构 和 材 料 有 关 的 Ｃ
Ｉ 形变、 力、 应 应变
Ｉ 荷 疲 寿 分 ｓ曲 载 谱 劳 命 析 — 线 Ｎ
Ｎ
常数 ． 由以上各 式可得 弹 簧盘发 生疲 劳破坏 时 的总循 环次 数 为
Ｉ 出 果ｆ 输结
Ｓ ｄ ｒｅｇ理论 ， 中 Ｇ ｏｍａ ｏ ｅｂ ｒ 其 ｏｄ ｎ曲线为
～
ｏｒ ｌ
—
Ｄ Ｊ ７ ＝∑ 、 ＿ ７
其 中 ， ｎ 为弹簧 盘 第 ｉ 应 力 水 平 下 经 过 的 应 力循 级 环 次数 ； Ｎ 为弹 簧盘 第 ｉ 应力 水 平 下 弹 簧 盘 达 到 级
ｃ ｎ ｅ ｔａ ｉｎ ａ ａｉｕ ａ ｇ ｃ ｕｒ ｎ ｔ ｅ ｓ ｍ ｅｐ ａ ｅ ｃ ｎ ｅ ｕ ｌａｅ ｏ ｓｏ ｔ Ｅｖ ｎ ｕ ｌ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔｏ ｎｄ ｆｔｇ ｅ ｄ ｍａ ｅ ｏ ｃ ｓｉ ｈ ａ ｌ ｃ － ｏ ｖ ｘ ｈ ｌ ｒ ａ ｃ ｍｅ ｕ ． ｅ ｔ ａｌ ｙ，ｉ ｉ ｔｓ ｖ ｒｆｅ ｈ ｔｔ ｅ ｆ ｔ ｕ ｉｅ ｏ ｐ ｉｇ ｐ ａｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｓｇ ｅ ｕ ｒ ｍｅ ｔ． Ｆａｉｕ ｉ ｕ ａｉ ｎ ａ ａｙ ｉ ｆ ｅ ｉ ｄ ｔ ａ ｈ ａ ｉ ｅ ｌｆ ｆｓ ｒｎ ｌｔ ｅ ｓｔ ｅ ｄｅ ｉｎ ｒ ｑ ｉｅ ｎ ｓ ｉ ｇ ｔｇ ｅ ｓｍ ｌｔｏ ｎ ｌｓｓ ｏ
基于ANSYS的悬架弹簧疲劳寿命仿真及优化
基于ANSYS的悬架弹簧疲劳寿命仿真及优化袁小慧【摘要】Aiming at the problem of failure of automobile suspension spring.In this paper,the vehicle suspension coil spring was used as the research object,the 3D software was used to establish the model.The road incentives from washboard road,fish pit road and twisted road was used as the load.ANSYS software was used to make fatigue analysis,the minimum time of spring's cycle life was 1.9975e5.It is calculated that the safe driving distance is about 99 thousand and 800 kilometers which the car can ensure the most dangerous part of the spring is not cracked or fractured.After optimization of the structure size of the spiral spring,the minimum time of spring's cycle life was 2.02e5,the safe driving distance is about 101 thousand kilometers.The fatigue life has been improved compared with before.%针对汽车悬架弹簧疲劳破坏的问题,以国内某品牌轿车悬架螺旋弹簧为研究对象,使用三维建模软件建立三维模型.以搓板路,鱼鳞坑路,扭曲路三种混合路面的激励信号为载荷,使用ANSYS软件进行疲劳分析,得到该弹簧在该复合路面激励下最小的周期寿命为1.9975e5次,计算得到汽车能够保证弹簧最危险部位不产生裂纹或者断裂的安全行驶距离约为9.98万公里.对该螺旋弹簧进行结构尺寸上的优化,再分析后最小周期寿命为2.02e5次,最大里程数为10.1万公里,相比优化前疲劳寿命得到了提高.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】3页(P390-392)【关键词】螺旋弹簧;汽车悬架;疲劳分析【作者】袁小慧【作者单位】西安航空学院车辆工程学院,陕西西安 710077 ;西安航空学院汽车检测工程技术研究中心,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TH1360 引言在汽车悬架结构系统中，螺旋弹簧主要承担两大任务：承受由于路面不平对车身的冲击载荷以及对车身起支撑作用[1]。
减震器的特性分析与仿真
摘要减振器特性仿真可以验证减振器参数设计是否合理，及时发现设计中存在的问题，减少试验次数和费用，加快减振器设计和开发，具有很重要的经济效益和社会效益。
然而，对减振器特性仿真的研究，目前，国内外大都是利用现成的仿真软件,模型所需要参数大都需要试验获得，难以建立准确可靠的仿真模型,特性仿真数值不可靠。
本文对减振器结构和原理、各阻尼构件和局部节流压力损失进行了分析，对节流阀片阀口开度进行了探讨。
利用弯曲变形解析计算式，根据节流压力与流量以及速度之间关系，建立了减振器两次开阀速度点。
在此基础上，根据开阀前、后的油路模型，对减振器开阀前、后的特性进行了深入地分析，建立了减振器特性分段数学模型。
利用Matlab软件，对减振器特性模型施加一定频率和幅值的谐波激励，对减振器内、外特性进行仿真，并且对减振器特性影响因素进行了分析。
通过特性试验值与特性仿真值比较可知：所建立的减振器特性仿真模型是正确，特性仿真值是可靠的，对减振器设计和特性仿真具有重要的参考应用价值。
关键词：车辆工程，筒式减振器，分段数学模型，特性仿真，影响因素IAbstractThe characteristic emulation of the shock absorber can validate whether the designed parameter is proper or not, find the problems on time on the way of the designing, so experimentation and the expenditure can be reduced, then the shock absorber’s design, exploiture and yield can be greatly prompted.Therefore it is very import to the benefit of economy and society that the research of the characteristic emulation .Now the research of the characteristic emulation are mainly base on the ready-made software in homeland and fremdness. Because founding the precise model is rather difficult that the numerical value which is get by the characteristic emulation is uncertainty.For the characteristic emulation existing problems, the thesis analyzed the structure and principle of the shock absorber, the damping component and the lossing of local pressure of throttle and the uncorking of the throttle ing curved distortional resolvable calculate formulate , we can get the two critical velocity of shock absorber.Hereon bases , by analyzing fore-and-aft oil routes’ model and the characteristic emulation of the shock absorber , veracious and effective parted –mathematics’model of the shock absorber is established . By using the Matlab software to impose some frequency and breadth value on the shock absorber , emulated inside and outside of characteristic of the shock absorber and analysed effectible factors of shock absorber.By comparing the characteristic examinational value and the characteristic emulational value ,we can know the mathem atics’model is precise , .and the characteristic emulational value is dependable , It is referential importance for the design of shock absorber and the characteristic emulation.Key words: Vehicle engineering , Cylinder shock absorber , Characteristic modeling , Emulation , Effect factorsII目录摘要 (I)Abstract (II)第一章引言................................................ - 1 -1.1课题的背景和目的....................................... - 1 -1.1.1 研究背景........................................ - 1 -1.1.2 研究目的........................................ - 1 -1.2 减振器研究现状........................................ - 2 -1.3 本论文研究内容........................................ - 2 -第二章油液介质及其流动特性................................... - 3 -2.1 油液特性.............................................. - 3 -2.2 油液流动.............................................. - 5 -2.2.1 油液流动公式.................................... - 5 -2.2.2 油液流动分析.................................... - 6 -2.2.3 局部损失叠加原理................................ - 7 -2.3本章小结............................................... - 8 -第三章汽车筒式减振器阻尼构件分析............................. - 9 -3.1 常通节流孔............................................ - 9 -3.2 叠加阀片等效厚度与阀口开度............................ - 9 -3.2.1 叠加阀片等效厚度................................ - 9 -3.2.2 阀口开度....................................... - 10 -3.3 节流缝隙............................................. - 11 -3.4 活塞缝隙............................................. - 11 -3.5 活塞孔............................................... - 11 -3.5.1 活塞孔沿程阻力损失............................. - 12 -3.5.2 活塞孔局部阻力损失............................. - 12 -3.5.3 活塞孔等效长度的确定........................... - 13 -3.6本章小结.............................................. - 14 -第四章筒式减振器的工作原理及特性分析........................ - 15 -4.1 筒式减振器的工作原理................................. - 15 -4.1.1 复原行程....................................... - 15 -IIIIV4.1.2 压缩行程 ....................................... - 16 -4.2 复原行程特性分析 ..................................... - 16 -4.2.1 复原行程开阀速度点 ............................. - 16 -4.2.2 复原初次开阀前特性分析 ......................... - 19 -4.2.3 复原初次开阀后特性分析 ......................... - 20 -4.2.4 复原二次开阀后特性分析 ......................... - 23 -4.3 压缩行程特性分析 ..................................... - 25 -4.3.1 压缩行程开阀速度点 ............................. - 25 -4.3.2 压缩阀初次开阀前特性分析 ....................... - 26 -4.3.3 压缩阀初次开阀后特性分析 ....................... - 27 -4.3.4 压缩阀二次开阀后特性分析 ....................... - 29 -4.4 本章小结 ............................................. - 31 -第五章 汽车筒式减振器特性仿真 ................................ - 32 -5.1 减振器特性仿真的数学模型 ............................. - 32 -5.2 运动特性仿真 ......................................... - 33 -5.3 减振器外特性仿真 ..................................... - 34 -5.3.1 速度特性仿真 ................................... - 35 -5.3.2 示功图仿真 ..................................... - 36 -5.3.3 特性验证 ....................................... - 36 -5.4 减振器内特性仿真 ..................................... - 37 -5.5节流阀开度仿真 ........................................ - 38 -5.6本章小结 .............................................. - 39 -第六章 减振器特性影响因素分析 ................................ - 40 -6.1 阀片厚度h 对减振器特性的影响 ......................... - 40 -6.2 常通节流孔的大小f A 、y A 对减振器特性的影响 ........... - 40 -6.3 阀片预变形量0r f 对减振器特性的影响 .................... - 41 -6.4 活塞杆直径g d 对减振器特性的影响 ...................... - 41 -6.5 温度对减振器特性的影响 ............................... - 42 -6.6 本章小结 ............................................. - 43 - 结 论 ....................................................... - 44 - 参考文献 ..................................................... - 45 - 致 谢 ........................................... 错误！未定义书签。
汽车减震器弹簧盘疲劳仿真分析
进行 疲 劳分 析时 应采 用 瞬态疲 劳分 析方 法 。
１ ． ２ 名义 应 力寿命 法
常 用 的计 算 疲 劳 寿命 的 方 法 有 名义 应 力 寿 命 法 、 裂 纹扩 展计 算法 和 局 部 应 变 寿命 法 。其 中 ， 名 义应 力 寿命 法 又被 称 为 Ｓ —Ｎ 法 ， 其设 计 思路 为 ： 把材 料 Ｓ — Ｎ 曲线 作 为 出发 点 ， 考 虑 各 种 系数 的 影 响 ， 并根据 曲 线进 行 抗疲 劳设 计 。其 流程 如 图 １ 所示 。
汽 车 减 震 器 弹簧 盘 疲 劳仿 真 分 析 米
陈 芳 芳 ， 杜 艳 平
（ １ ．太原科技 大学 机械Ｘ － 程 学 院 ． 山西 太 原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ；２ ． 北 京 印刷 学 院 ．北 京 １ ０ ２ ６ ０ ０ ）
摘 要 ：基 于 有 限 元 疲 劳 分 析 方 法提 取 弹 簧 盘 力 学模 型 ，建 立 了弹 簧 盘 的有 限元 模 型 。针 对 某 种 型 号 轿 车 的 悬
（ ２ ０１ ０ Ｄ０ ０５ ０１ ７ ００ ０ ０ ０ ７ ）
根 据 悬架 中各零 部 件 之 间 的相 对 运 动关 系 ， 建 立 四分 之一 悬 架 系统 动力 学模 型 。利 用 ＡＤＡ ＭＳ路 面 谱模 生 成 程 序 生 成 一 组 随 机 路 面 数 据 并 导 入 ， 采 用
名义应 力寿命 法
Ｉ
断裂 ， 这 种 现象 就 是疲 劳破 坏 。弹 簧 盘作 为 重 要 的 承 载 零件 ， 其 可靠 性不 仅 与 汽 车 行 驶 的平 顺 性 和 汽 车操
纵 的稳 定性 有关 ， 还 关 系到 汽车行 驶 的安 全性 问题 。
本 文结 合工 程 实 例 通 过对 前 悬 架 系统 力 学建 模 ， 采 用 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ软 件对 弹簧 盘进 行 应力计 算 ， 并 利 用
基于疲劳寿命及减振效果的驾驶室橡胶衬套设计研究
２ （ Ａ 等÷等 几 （ ， ２ ２） ， ３（ ２ ）
式中 ， ｉ 分 别 代 表材 料 的 ３个 主方 向 ； Ａ 为 材料 主 方 向 的伸 长 比 ； ｔ 表 示 主 方 向 的应 力 ； Ｐ反 映 为一 未 知
压力 。
根据单轴拉伸试验简化结果可得 ： Ａ ： ＝ Ａ １ ／ Ａ ，
表 ２ 衬 套 刚 度 参 数 匹配 结 果 对 比
刚 度 Ｋｘ ／ Ｋ ｜ ７ ／ Ｐ ｘ ／ Ｎｍ・ Ｐ ｙ ／ Ｎｍ・ ， Ｎ ｍ・ ｋ Ｎ・ ｍｍｑ ｋ Ｎ・ ｍⅡ ｋ Ｎ・ ｍｍ ｑ （ 。 ） Ｉ １ （ 。 ） Ｉ １ （ 。 ） － １
模拟 驾驶 室 悬 置橡胶 衬 套 针 对模 型输 入 的相 关参 数 如表 ｌ 所列 。
表 １ 驾 驶 室 悬 置 虚 拟 样 机 模 型 参 数 ￣ Ｎ／ ｋ ｇ
６ ５ ｙ
Ｚ
采 用有 限元 设计 建模 方法 来对 橡胶 衬套 进行结
构 设 计 ．其 基 本 原 理 是采 用 Ｍｏ ｏ ｎ ｅ ｙ — Ｒ ｉ ｖ ｌ ｉ ｎ模 型 来
性 能 确 定 衬 套 的 最 终 结 构 ．从 而 达 到 优 化 衬 套 结
描 述橡 胶 材 料在 受 力作 用 下 的 变化 ｆ ４ １ 根 据 所 要求 的参数 ． 采用 Ｆ Ｅ Ａ分 析方 法进 行 产 品 的刚度 匹配设
５ ５
１ ０ ５ ０ （ 包 含 驾 驶 员 ２人 ） 后 减 振 器 弹 簧 刚 度／ Ｎ． ｍｍ 一
前 减 振 器 弹 簧 刚度 ／ Ｎ． ｍｍ 一
到； Ｄ． 为材 料 常数 ， 由材料 试 验 可知 ， 当所 有 Ｄ． 为０ 时。 说 明材料 完 全不 可压 。 同 时 ．橡胶 材 料 的应 力 一 应 变关 系 可 由应 变 能
客车减振器支架疲劳寿命仿真分析及验证
第6期客车技术与研究BUS&COACH TECHNOLOGY AND RESEARCH No.6202051客车减振器支架疲劳寿命仿真分析及验证董晓坤，张保锋(郑州宇通客车股份有限公司，郑州450000)摘要：开展某减振器支架的疲劳寿命仿真分析，仿真载荷与台架试验保持一致。
仿真疲劳寿命与台架试验寿命对标，验证了疲劳寿命仿真分析的有效性。
关键词：客车；减振器支架；疲劳寿命；仿真及验证中图分类号：U463.21文献标志码：B文章编号：1006-3331(2020)06-0051-03 Simulation Analysis and Verification of Bus Damper Bracket Fatigue LifeDONG Xiaokun,ZHANG Baofeng(Zhengzhou Yutong Bus Co.,Ltd.,Zhengzhou450000,China)Abstract:The authors carry out simulation analysis of fatigue life for a damper bracket,which the simulation load is the same as the bench test.They verify the validity of the simulation analysis on the fatigue life by the fatigue life comparison between the simulation analysis and the bench test.Key words:bus；damper bracket；fatigue life；simulation and verification随着客车产品轻量化需求逐步提升,关键零部件的可靠性、耐久性愈发受到挑战［1］。
通过台架试验及整车可靠性试验来验证关键零部件的可靠性、耐久性，周期偏长且成本高［2］O验证失效后还需要多轮优化及实物验证，严重影响产品快速开发上市。
基于ALGOR的汽车钢板弹簧疲劳仿真分析
第26卷第3期 2017年6月文章编号：1006 - 0871(2017)03-0036-04D O I ：10. 13340/j. cae. 2017. 03.007计算机辅助工程 VP 26 0P 3Computer Aided Engineering Jun . 2〇l 7基于ALGOR 的汽车钢板弹簧疲劳仿真分析张伟飞(北京化工大学，北京100029)摘要：针对汽车平衡悬架钢板弹簧设计过程中，对力学特性和疲劳寿命仿真计算效率、精度等要求很高的问题，利用Auotodesk Inventor 建立某汽车多片钢板弹簧的C A D 模型并进行合理的模型简 化；应用ALG O R 的非线性MES 模块求解接触应力及总成预应力；通过ALGOR-Fatigue W izard 进行 疲劳寿命预测，提出7$曲线的获取方法并对比修正结果.结果表明：在交变载荷作用下，最小疲劳 寿命处于最大主应力位置；Goodman 的结果修正更可靠.另外，A LG O R 中的自动六面体网格技术、S -$曲线自动生成等前后处理技术可大大降低仿真技术应用的难度.关键词：汽车；平衡悬架；钢板弹簧；接触；疲劳寿命；7$曲线；Goodman 修正；有限元 中图分类号：U 463.334文献标志码：BFatigue simulation analysis on automobile leaf springbased on ALGORZHANG Weifei(B e ijin g U n ive rsity o f C hem ical Technology # B e ijin g 100029 # C h in a )A b stra ct ： As to the issue t hat the design of leaf spring of automotive balanced suspension has a high requirement on the efficiency andaccuracy o f simulation and calculation onitfatigue life ，a CADmodel of an a utomobile multi-leaf spring is built in Autodesk Inventor and simplifiedrationally ; its contactstressand assemblypre-stressaresolved bynonlinearMfatigue life is predicted using ALGOR-Fatigue Wizard，and the access metliod ofS-N curve is proposedand the correction results are compared . The results show that ， the minimum fatigue life occurs at the location of the maximum principal stress under variable load ， and the Goodman correction is more reliable . In addition ， The pre-processing and post-processing technology of ALGOR ， including the automatic hexahedron mes!itechnologyandautomaticgenerationofS-Ncdifficulty in simulation .Key w ords ： automobile ; balanced suspension & leaf spring ； contact ; fatigue life ; S-N curve ; Goodman correction ； finite element收稿日期：2017-02-27修回日期：2017-03-09作者简介：张伟飞（1986—)，男，陝西武功人，硕士研究生，研究方向为C A E 仿真应用，（E -m ail )331343196@qq.cm第3期张伟飞：基于ALGOR的汽车钢板弹簧疲劳仿真分析37〇引言对 机械，疲 坏 或零件主 .统计 ，80 j机械断裂疲 坏 .[1]钢弹车辆 驶受到各种 载荷，一次循环后，会使 局部出现疲 并 ，最或断裂.这种由疲 坏 断 钢板弹 主 ，针对多片钢板弹 疲对提高 全性 性十分必要.年来，各大汽车公 渐 C A E技术，完成汽车零部 这2_6]限元仿真 ，产 计阶段发现疲 点，疲 并改进产 ，既周期，又 节 这针对汽车悬架系统 多片钢板弹簧力学性能，通 限元 辅助 性接触力学特性、疲 等 ，一 成，针对平衡悬架 多片钢板弹簧结少，并且进行力学特性快 疲劳寿也非常匮乏.本文 性好（中文 、国习惯）且适计人员限元 ALGOR进 性接触力学特性疲 ，提出多片钢板弹 简、力解及疲S-N修、载荷定义 ，ALGOR性MES模块求解接 力场及总成预应力，通 ALGOR-Fatigue Wizard进疲.1钢板弹簧的非线性接触及预应力计算金属材料的疲劳寿命N与应力S之间存在一[7]，指 示为S!N p C(1"%!C均为材料常数这 见，钢弹疲 况载荷 力情况直接 这吏用ALGOR计算疲 ，钢弹簧载荷下的应力状态这1.1模型简化处理本文分析对象为某 货车后钢板弹簧，通过Autodesk Inventor软件快速建立钢板弹簧的C A D几 ，见图1这 次计算 心螺栓强度，并且钢板弹 、载荷均为对称形式，可通过Autodesk Inventor适当对C A D模型进行处理，1/4 为计算对象，上下压板进行简化便于快 解计算，见图！a)正视图b)侧视图图1钢板弹簧C A D几何模型Fig. 1C A D geom etric m odel o f le a f springa)简化后C A D模型b)有限元模型图2钢板弹簧模型处理Fig. 2 Processing o f le a f spring m odelALGOR提供与Inventor的无缝数据接口，可通 操 钮直接将C A D至ALGOR仿真环境中.[8]钢板材料的弹性为200 GPa，泊松比为 0•3，密度为7这5 t/m3，抗拉强度为1 600 MPa.1J网格划分及接触定义利 八节点 单元进行网 .为平衡计算精度 ，最终将 划分为个44 345单元，网节点数为8 652个.，钢 弹 弹 之 间通 义 接 对 .ALGOR完 成 网38计算机辅助工程2017 年后，改 将 义为一个面（一 度 生成网格后，会被 为 个面"，便接触对 义.利用接触通用参 跟踪接 、保证接触协调性、防止接 ，并接之间传递接力（力 力）.1 ，由对钢板弹 等 力影响 [9]，文 0.2.整个钢板弹 14个接触对，-面接 ，见图3.图4钢板弹簧最大预应力结算结果，N/m m2Fig. 4 C alculated result o f m axim um le a f spring pre-tig h te n in g force stre ss，N/m m2图5满载载荷作用下钢板弹簧应力，N/m m2Fig. 5 Stress 〇0 le a f spring under effect 〇0 fu ll lo a d，N/m m2结果表明:钢板弹簧从自由状态至预紧后，其预 应力范围集 14〜147 MPa，高应力区处于U形螺栓 ，情况 合.在逐步加载至满载载荷204 200 N情况时，其最大应力为969 MPa，载后恢复至 态应力水平.1.3边界条件及求解设置为 计算钢板弹 力 情况，对载 进 ，为:钢弹簧装配各 间的间 渐减小，将产生预应力，计算 最大 力，即钢弹簧总间14 mm至0, A LG O R中通过节点位移载荷模拟.依据钢板弹簧国家标准GB/T 19844—2005,载 荷 载不少于7个 点，在A LG O R中载荷载通 载荷 ，载 为 10 个载荷步载.为计算方便，基 力 力原，部固定、两侧加力的等 ，载荷第1对 节点上.钢板弹簧％和y:对称 ，分别 丨对称 .为 ，性索完全牛顿法，100次，为0.1.1J仿真结果ALGOR对钢 弹 、步 载载荷 载 进行计算 ，其钢弹簧总成后的力计算 见图4，载载荷 钢板弹簧力 见图 5.2钢板弹簧疲劳寿命分析完成 钢板弹 性仿真分析后，可钢板弹 力分布，通 Fatigue W izard模块进行疲 .文 ，即基7-TV曲线，其应力幅值对 疲 坏循环次数.应力算法，力处于弹性范围内，适 疲劳循环次数10 000次以上情况.3.1 S-W曲线及载荷确定钢板弹簧的曲线一般可以通过试验机获取.ALGOR材料 大 材料，在缺乏 ，借助Fatigue Wizard弹性模、单轴抗 度、疲 限 限循环次数等简单参 自动生成.本文通过弹性为200 GPa，抗拉强度为1 600 MPa，泊松比为0整，疲 限为800 M Pa等参数进 似计算，S-$图6.载荷 性 力 力 各个况 乘子 ，即:疲计算力 c 线性静态应力l Scalar值X载荷 .第3期张伟飞：基于ALGOR 的汽车钢板弹簧疲劳仿真分析39Step-4Click i □nee Tip -C Loacmatigue Wizard F i 图6钢板弹簧7$曲线Fig. 6 S-N curve of leaf spring本次计算载荷采用瞬态分析方式，即直接将各 个载荷工况性静态应力依次排列形成应力，力力点载荷工况次序相同，载荷 见图7.图7钢板弹簧疲劳载荷设置Fig. 7 Setting of leaf spring fatigue load3.2 S -W 曲线修正S-N基 值应力(1Q ]为 丨交变载荷情况，值力对疲影响，适当.F ati g u e W izar d采用G er b e r 修正和G oo d m a n 修正这！种 ：考虑值应力计算出等效的零中值 力，然后基于S -N 曲线进行疲劳计算.在本次计算，对2种，便疲最佳.3.3疲劳寿命结果通过疲劳计算可以分别对比无修正、Gerber 修Goodman， Goodman见图8.图8采用Goodman 修正的疲劳寿命结果，次Fig. 8 Fatigue life results corrected by Goodman，time疲劳寿命计算研究结果表明，疲劳寿命最小位 载荷最大应力 一致.在不进：正时疲为795 710次， G e rb e r 为794 872次，采用Goodman为252 382次.从设计的角度，选保守的Goodman.3 结束语限元ALGOR 进行汽车钢板弹簧疲仿真计算，对平衡悬架中钢板弹 快速计进行简化处力 ，并提出S_N及 对比在 :载荷，疲最大主应力位置，与疲基础吻合.研究对比发现采用Goodman 为 一些， 为多片钢板弹快速仿真提供参考.参考文献：[1]徐灏.机械设计手册[M ]. 2版.北京：机械工业出版社，2004.[2] 杨雍福，周培聪，熊真.我国汽车板簧疲劳性能研究进展[J ].科技广场，2014(3): 209-212. 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第２期（总第１７７期）２０１３年４月机械工程与自动化ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＮｏ．２Ａｐｒ．文章编号：１６７２－６４１３（２０１３）０２－０００４－０３櫜汽车减震器弹簧盘疲劳仿真分析陈芳芳１，杜艳平２（１．太原科技大学机械工程学院，山西 太原 ０３００２４；２．北京印刷学院，北京 １０２６００）摘要：基于有限元疲劳分析方法提取弹簧盘力学模型，建立了弹簧盘的有限元模型。
针对某种型号轿车的悬架采用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对弹簧盘进行应力计算，并对其进行了疲劳寿命预测。
利用Ｓ－Ｎ曲线和Ｇｏｏｄｍａｎ修正理论分析随机载荷状况下弹簧盘的疲劳寿命，并对弹簧盘薄弱部位进行了结构优化设计。
关键词：弹簧盘；疲劳分析；有限元分析；仿真中图分类号：Ｕ４６３．２１３∶ＴＰ３９１．９ 文献标识码：櫜Ａ国家自然科学基金资助项目（５１１７５０２８）；北京市属高等学校人才强教计划资助项目（２０１１０６１２５）；北京市优秀人才培养资助项目（２０１０Ｄ００５０１７０００００７）收稿日期：２０１２－０４－２０；修回日期：２０１２－１０－２８作者简介：陈芳芳（１９８５－），女，山东德州人，在读硕士研究生，研究方向：车辆动态特性及仿真。
０ 引言汽车在道路行驶时会受到各种交变载荷的作用，交变载荷一般低于零件材料的拉伸强度极限，在载荷的反复作用下零部件会有裂纹萌生和扩展并导致突然断裂，这种现象就是疲劳破坏。
弹簧盘作为重要的承载零件，其可靠性不仅与汽车行驶的平顺性和汽车操纵的稳定性有关，还关系到汽车行驶的安全性问题。
本文结合工程实例通过对前悬架系统力学建模，采用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对弹簧盘进行应力计算，并利用Ｓ－Ｎ曲线和Ｇｏｏｄｍａｎ修正理论分析不同载荷状况下弹簧盘疲劳寿命，对弹簧盘进行疲劳寿命预测和结构优化，并通过疲劳台架试验验证了其有效性。
１ 有限元和疲劳分析理论Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ是ＡＮＳＹＳ公司提出的协同仿真环境，用于解决企业产品研发过程中ＣＡＥ软件的异构问题，它提供了一个加载和管理ＡＰＩ的基本框架。
１．１ 疲劳分析方法当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用会产生破坏现象，称为疲劳破坏，其承受起破坏作用的循环载荷的循环次数或时间被称为疲劳寿命。
疲劳寿命分析是指确定疲劳寿命的方法。
根据载荷类型的不同，疲劳分析方法可分为静态疲劳分析、瞬态疲劳分析和动态疲劳分析。
通常当结构的一阶固有频率大于３倍载荷频率时，可采用静态疲劳分析方法；若是结构固有频率与载荷频率接近则适用动态疲劳分析方法；在对随机载荷作用下的零件进行疲劳分析时应采用瞬态疲劳分析方法。
１．２ 名义应力寿命法常用的计算疲劳寿命的方法有名义应力寿命法、裂纹扩展计算法和局部应变寿命法。
其中，名义应力寿命法又被称为Ｓ－Ｎ法，其设计思路为：把材料Ｓ－Ｎ曲线作为出发点，考虑各种系数的影响，并根据曲线进行抗疲劳设计。
其流程如图１所示。
图１ 名义应力寿命法流程图２ 减震器弹簧盘分析实例应用ＡＤＡＭＳ动力学仿真软件，通过从系统载荷谱求得结构动力响应的时间历程，利用有限元法计算出各危险部位的应力，并结合材料的基本疲劳性能数据进行结构寿命的估算。
多体有限元疲劳分析流程见图２。
根据悬架中各零部件之间的相对运动关系，建立四分之一悬架系统动力学模型。
利用ＡＤＡＭＳ路面谱模生成程序生成一组随机路面数据并导入，采用ＡＫＩＳＰＬ的样条函数将生成的路谱随机序列作为驱动激励源。
系统动力学模型如图３所示。
图２ 多体有限元疲劳分析流程图图３ 四分之一悬架系统动力学模型弹簧盘材料为冷轧钢板２．０－ＧＢ／Ｔ７０８－８８，材料选择结构钢（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｓｔｅｅｌ），冷轧钢板弹性模量为２×１０１１ Ｐａ，泊松比为０．３，屈服极限为２２１ＭＰａ，强度极限为３００ＭＰａ。
考虑平均应力对疲劳寿命的影响，选择Ｇｏｏｄｍａｎ理论对平均应力进行修正，结合等效应力云图和疲劳寿命图可知，弹簧盘应力集中与疲劳损伤均发生于凸包区域。
３ 弹簧盘结构优化设计针对分析的结果，需要进行弹簧盘结构优化设计，主要针对弹簧盘凸包进行优化，优化方案可以针对弹簧盘整体进行，例如增加弹簧盘的厚度，改用强度更大的弹簧盘钢板材料等，也可以从弹簧盘结构出发，重新设计凸包区域的形状。
３．１ 厚度或材料的改变增加弹簧盘的厚度或更换强度更高的弹簧盘钢板材料均可以达到设计要求，如把弹簧盘的厚度增加为ｔ＝３ｍｍ，进行疲劳仿真分析的结果如图４所示。
３．２ 结构改变由静强度和疲劳仿真分析可知，需降低凸包区域的应力水平。
因此，将凸包区域扩大，同时使凸包区域面与弹簧接触区域面的相对落差变小，以使结构过渡更加圆滑（如图５所示），这样可以有效减小应力集中，增大弹簧盘的疲劳寿命。
用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对其进行疲劳仿真分析，结果如图６所示。
由仿真分析结果可知，满足设计要求。
４ 弹簧盘疲劳试验分析为了验证疲劳仿真分析结果的正确性，分别对原弹簧盘和凸包结构优化后的弹簧盘进行疲劳寿命试验。
图４ 厚度ｔ＝３ｍｍ弹簧盘的寿命云图图５ 凸包结构优化图图６ 凸包优化后弹簧盘的寿命云图４．１ 试验条件进行弹簧盘疲劳寿命试验，所用的试验设备为电液伺服动静万能试验机，试验样件个数为５个，试验要求的垂向加载力为６１４Ｎ～６ １４０Ｎ，加载频率为２Ｈｚ，目标为当加载６ １４０Ｎ时，疲劳寿命达到１３８ ０００次。
４．２ 试验结果分析分别对５个结构优化前、后弹簧盘样件进行疲劳试验，结构优化前弹簧盘寿命分别为１１．５万次、１０．２万次、１２．８万次、１１．７万次和１２．２万次；结构优化后的弹簧盘寿命分别为１８．５万次、１９．３万次、１８．８万次、１７．５万次和１９．１万次。
弹簧盘样件试验结果表明：优化前弹簧盘疲劳损伤发生于凸包区域，与疲劳仿真分析结果一致；优化后的弹簧盘疲劳寿命满足设计要求，在使用期限内不会发生疲劳损伤。
５ 结语本文介绍了结构疲劳分析和寿命预测的基本方·５· ２０１３年第２期 陈芳芳，等：汽车减震器弹簧盘疲劳仿真分析法，针对某一轿车减震器弹簧盘进行分析，通过强度分析，确定了弹簧盘薄弱环节。
在悬架动力学仿真分析的基础上，运用Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对减振器弹簧盘在随机载荷下的强度和疲劳寿命进行分析，结果发现弹簧盘应力集中与疲劳损伤均发生于凸包区域，与疲劳试验结果吻合，从而验证了有限元疲劳仿真分析的可行性。
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