板簧模型建模实例
钢板弹簧模拟分析技术-一汽
钢板弹簧模拟分析技术潘淑华(中国第一汽车集团公司技术中心基础研究部吉林长春 130011)摘要：本文主要针对变截面钢板弹簧，进行强度及刚度分析。
考虑螺栓预紧而产生的预应力及满载、过载应力，及相应的刚度曲线变化情况。
探索少片变截面钢板弹簧的计算分析方法。
关键词：钢板弹簧预应力应力强度刚度1、概述钢板弹簧是汽车系统主要承载件之一，其性能的好坏直接影响整车的各种性能。
如何设计性能合理的钢板弹簧，对整车承载能力的提高有着极大的影响。
合理的钢板弹簧设计依赖对其各种性能的分析研究。
钢板弹簧是一种非线性大变形的结构，各片之间都存在着接触、摩擦，并且其总成在工作过程中始终存在螺栓夹紧预应力。
合理的模拟各片之间的接触、摩擦及螺栓预紧而产生的预应力，是钢板弹簧强度及刚度分析的关键。
2、计算对象国内某车的变节截面少片钢板弹簧（见图一），国外某车主副簧一体的变节截面少片钢板弹簧，（见图二）。
图一：国内某车的板簧模型图图二：国外某车的板簧模型图3、计算方法利用ABAQUS的STANDARD求解器3.1板弹簧模型的建立用非线性技术进行有限元分析时，单元模型类型及单元尺寸的选取直接影响计算的精度。
本计算应用减缩积分单元可以避免剪切自锁。
片间采用主从接触单元。
3.2计算过程的模拟1、螺栓预紧过程通过加螺栓预紧位移实现预应力的过程。
2、钢板弹簧满载工作过程根据设计要求，给出满载载荷。
3、钢板弹簧过载工作过程根据设计要求，给出过载载荷。
4、钢板弹簧卸载工作过程根据试验或设计要求进行卸载4、计算结果通过计算过程的准确模拟可以得到比较合理的应力计算结果。
每一步的应力结果都包括预应力在内。
应力结果完全可以评价板簧的强度情况。
计算可提供应力分布图及刚度曲线。
4.1强度结果以下是两种板簧的应力计算结果。
1、国内某钢板弹簧的计算应力分布情况图三：是第一片下预应力结果66.33（MPa）图四：第二片上下预应力结果14.97（MPa）图五：是第三片上预应力结果75.15 （MPa）图六：总成预应力75.15（MPa）发生在第三片上图七：满载应力：591.2 （MPa）图八：超载应力：1107MPa2、国外某钢板弹簧的计算应力分布情况图九：第一片预应力结果105.4MPa 图十：第二片预应力结果:58.3MPa图十一：第三片预应力结果:172MPa 图十二：第四片预应力结果:64MPa图十三：预应力状态最大应力：172MPa 图十四：总成达到要求位移状态时的应力：812 MPa 卸载的应力分布跟加载的相似，不再给出应力分布图。
基于Adamscar板簧工具箱的钢板弹簧建模及仿真
10.16638/ki.1671-7988.2021.04.029基于Adams/car板簧工具箱的钢板弹簧建模及仿真刘君程1，姜家如2，宋绍文2，罗传东2，王涛2（1.安徽江淮汽车股份有限公司国际公司，安徽合肥230601；2.安徽江淮汽车股份有限公司技术中心，安徽合肥230601）摘要：文章主要基于某车后悬架结构模型，提取建立悬架模型所需参数，利用美国MDI公司开发的Adams/car软件所嵌入的leafspring子模块进行钢板弹簧悬架模型建立，并且详细描述了板簧模型建立过程，进而完成板簧垂向刚度变化对比，形成与该车相对应的板簧悬架动力学模型。
在文章最后，对后悬架板簧模型与该车后悬架同向轮跳试验测得各参数变化趋势进行对比，吻合度达到95%以上。
关键词：钢板弹簧；垂向刚度；同向轮跳中图分类号：U461.99 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2021)04-95-03The foundation and simulation of leafspring by Adams/carLiu Juncheng1, Jiang Jiaru2, Song Shaowen2, Luo Chuandong2, Wang Tao2（1.Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd. International Company, Anhui Hefei 230601;2.Technology Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., Ltd, Anhui Hefei 230601）Abstract:This text mainly according to the back of the some car hang a structure pattern, withdraw to create to hang the parameter that a pattern needs, make use of the leafspring son mold mass progress steel plate spring imbeding in the Adams/car software that the United States' MDI company develops to hang a pattern establishment; And vs board Huang pattern create the process carry on detailed present, complete board Huang just the degree changed contrast and forminged the car's contra thus should of the board Huang hangs a kinetics pattern. In this text end, vs behind hang a board Huang pattern and the car behind hang a stand to together jump toward the wheel test to measure each parameter change the trend carry on contrast and fit together a degree to hit above 95%.Keywords: Leaf spring; Vertical stiffness; Same direction wheel jumpCLC NO.: U461.99 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2021)04-95-03引言随着市场对车辆产品设计制造快速多变，同时又要保证性能要求，基于多体动力学的虚拟样机仿真技术在汽车行业得到广泛的应用。
汽车钢板弹簧悬架的参数化建模及可靠性计算
万方数据万方数据所需参数的复选框或单击“ｓｅｌｅｃｔＡｌｌ”选项，选择“Ｄｏｎｅｓｅｌ”选项；ｅ．输入必要的参数：ｆ．软件按输入的参数自动更新模型。
即可完成该钢板弹簧的设计建模（如图４）。
圈４铜板弹簧建梗图３可靠性计算３．１计算理论各种车辆的钢板弹簧大部分为中心受载的筒支叠板弹簧（图４），按一定的宽度将其截开重叠使用。
其工作应力为：３尸ｆ仃２石丽式中，尸为载荷，６、ＪＩｌ和，分别为板簧的宽度、厚度和长度，Ⅳ为板簧的钢板片数。
严格来说，应考虑叠板之间的摩擦对工作应力的影响．不过工程计算中采用这种近似设计方法是允许的，因此在车辆中的钢板弹簧设计里大多会采用这种近似方法。
根据应力一强度千涉理论，以应力极限状态表示的状态方程为：艄一器＝尺一砘式中，，为钢板弹簧的材料强度，基本随机参数向量胙ｎ只‘反＾１７。
向量瑚均值目的和方差及协方差ＶａｍＤ均为已知，并可视其为服从正态分布的相互独立的随机变量。
根据状态函数ｇ㈤对向量朋勺一阶和二阶偏导数，可解出∥批）和ＤｆＶａｒ国），然后代人可靠性指标公式，由卢邓。
红，经推导整理得到可靠性指标为Ⅲ：式中：彳＝券＋器％２＋券×ｏ．…２庐器审＋貉砰＋将订＋静×ｏ．吣２３．２增加计算关系在参数设计中已设定了包括板簧基本尺寸、载荷以及材料性能等方面的各项计算必要参数，根据公式（１）的计算关系，在模型“工具”菜单下的“关系”中设置好计算可靠性指标的公式语句如下：ＴＥＣＨＮＩＣＦｏＲＵＭＡ＝３宰ＬｏａｄＥ＋ＬｅｎｇｔｈＥ／（２＋ＷｉｄｍＥ木Ｎ）＋３’ＬｏａｄＥ＋Ｌｅｎ垂ｈＥ／（２＋ＷｉｄｔｈＥ“２木Ｎ）｝ＷｉｄｔｈＳ“２＋９幸ＬｏａｄＥ幸ＬｅｎｇｔｈＥ＋Ｏ．０１５＾２／（２＋ＷｉｄｔｈＥ＋Ｎ）Ｂ＝９＋ＬｅｎｇｔｈＥ“２＋ＬｏａｄＳ＾２／（４幸ＷｉｄｔｈＥ＾２＋Ｎ＾２）＋９・ＬｏａｄＥ＾２・ＬｅｎｇｔｈＳ＾２／（４夺ＷｉｄｔｈＥ＾２＋Ｎ＾２）＋９木ＬｏａｄＥ＾２４Ｌｅｎ西ｈＥ＾２宰ＷｉｄｔｈＳ＾２“４＋ＷｉｄｔｈＥ“２＋Ｎ＾２）＋９＋ＬｏａｄＥ＾２幸Ｌｅｎ垂ｈＥ＾２・Ｏ．０１５“２“ＷｉｄｔｈＥ“２＋Ｎ“２）Ｃ＝ｓｑｎ（（Ｓ仃ｅｎｇｔｌｌＥ＾２・Ｎ＾４—２＋ＳｔｒｅｎｇｔｈＥ卑Ａ掌Ｎ＾２＋Ａ＾２）／（Ｂ＋ｓ仃ｅｎｇｔｈＳ“２＋Ｎ“４））由参数ｃ得到可靠性指标卢，对照正态分布表，则可查出对应的可靠度Ｒ。
钢板弹簧柔性体建模及整车性能仿真
前言
钢板弹簧是非独立悬架中重要的弹性元件和 传力元件， 它对汽车操纵稳定性和平顺性有很大 的影响。 由于钢板弹簧存在着大变形、接触、摩擦 等诸多非线性因素[1-4]，它的建模难度较大。 以往多 忽略非线性因素， 采用简化的线性化模型进行分 析，这种简化是近似的、不精确的。
对于带有板簧的整车动力学仿真， 以往多采 用简化的二自由度或四自由度汽车模型来模拟， 这样的力学模型尽管能成功地减少计算工作量， 但过于简化的模型却只能反映真实汽车的某些特 征, 而不是全部， 必然会产生较大的计算误差，导 致仿真结果不准[5]。
7．5 7．0 6．5 6．0 5．5 5．0 4．5 4．0
0 0．1 0．2 0．3 0．4 0．5 0．6 侧向加速度 ／g
图 7 定半径不足转向梯度测试结果图
不足转向梯度的曲线斜率 K 表征汽车稳态响 应的三种特征：当 K>0 时，汽车处于不足向阶段； 当 K=0 时，汽车处于中性转向阶段；当 K<0 时，汽 车处于过多转向阶段[7]。
转向半径30m汽车由静止逐渐加速测得每一时刻侧向加速度方向盘转角仿真后获得不足转向梯度分析曲线如图横摆角速度测试结果图从上图可得汽车反映时间4s进入稳态的时间基于中性面法所建立的板簧模型能够很好地模拟实际板簧的特性为整车虚拟样机仿真奠定良好基础
2010 年第 3 期 （2总01第0 年22第4 期3 ）期
从上图中可得， 当侧向加速度小于 0.45g，该 车具有不足转向特性； 当侧向加速度大于 0.45g， 该车开始进入过多转型阶段。
(2) 阶跃转向仿真 利用 ADAMS/Car 中整车阶跃转向仿真试验， 测试整车的瞬态转向特性。 参照国标 GB 6323.286，汽车以 80km/h 速度行驶，以 100 deg/s 快速转 动方向盘，获得的横摆角速度曲线如图 8 所示。
基于MotionView的板簧动力学建模及仿真研究
ëC 61
作者简介：古亮（1987—），男，工程师，硕士，主要从事商用车动力学分析的工作。
C 12
C 22
C 32
C 42
C 52
C 62
Beam 梁单元场力示意图
C 13
C 23
C 33
C 43
C 53
C 63
C 14
C 24
C 34
C 44
C 54
C 64
C 15
C 25
C 35
C 45
C 55
sign。Free 模式适用于从已通过 U 型螺栓装配但
从上而下的定义板簧不同参数与尺寸。包括板簧
情形；Design 模式适用于从已通过 U 型螺栓装配
型与位置，设计载荷以及板簧材料与衬套刚度等。
轮廓点的情形；Pre-Assembly 模式适用于各叶片
为避免在仿真过程中叶片间发生相互侵入，
未施加载荷的板簧几何模型中提取叶片轮廓点的
簧刚度精度的降低。对于这类问题可通过微调叶
簧设计簧载重量等参数。最终完成的多片簧模型
片材料的弹性模量予以消除，使最终仿真结果与
如图 2 所示，其不仅保持了原始输入形貌，并且将
设计簧载重量添加到模型中。
实测结果保持一致性。
3
悬架系统 K&C 试验
悬架系统 K&C 特性是评价悬架系统静态性
能的重要指标。K 特性指车轮姿态及主销定位参
响。以某中巴车前悬三片簧悬架为例，选取在满
载工况时前板簧在装车状态下的几何轮廓。因板
簧布置于转向桥工字梁上方，故选择工字梁上方
的第一片簧中心位置作为板簧局部坐标系原点。
水平方向为 X 轴，向车尾为正，竖直方向为 Z 轴，
梯形变截面板簧片简易设计方法_整理材料
梯形变截面板簧片的简易设计方法在少片簧设计中，为了节约材料，减轻自重，各板簧片尽可能做成等应力梁，使材料得到充分利用。
抛物线形板簧片属于等应力梁，但制作工艺要求较高，不易控制。
传统的少片簧板簧片采用梯形变截面结构，如果要少片簧设计的最轻，板簧材料得到充分利用，梯形变截面板簧片要设计的尽可能接近等应力梁。
目前梯形变截面板簧片的设计通常有两种方法，一种为试凑法，即根据经验初步选取尺寸参数，然后代入公式验算，经过反复计算，直到选择到最优的参数，这种设计方法不容易获得最佳设计方案，且费工时；另一种为最优化数学方法，将梯形弹簧的各设计参数做为变量，建立一系列函数方程，以理论质量最小作为目标函数，根据各约束要求，求解各参数，该方法虽然能得到最佳方案，但需要进行大量的计算，费工费时。
半 l ，线段NA 等于板簧片厚度h ；若将该梯形变截面板簧片设计的质量最轻，使之接近等应力梁，则线段BC 愈接近曲线OB ，此时梯形NABCO 的面积最小。
建立如下数学建模：由于OA 曲线为抛物线规律变化，则有：5.0⎪⎭⎫⎝⎛=l x h y （1）假设E 点坐标为（x 1，y 1）对（1）式E 点（x 1，y 1）求导可得，E 点的斜率k 为： ⋅=lx h k 12 （2）假设线段OC 长度为OC 则线段BC 的方程为：OC kx y += （3）又线段BC 过E 点（x 1，y 1），111kx y OC -=将（1）式、（2）式带入可得：115.01112x lx hl x h kx y OC -⎪⎭⎫ ⎝⎛=-= =lx h 12 （4） 线段CF 长度：lx h h OC h CF 21-=⋅-= （5）线段l 2长度：1122x l x kCFl -=⋅=（6） 三角形CBF 的面积S 为221l CF S = （7）将（5）式、（6） 式带入（7） 式整理得：()1112221x l x lx hh S -⎪⎪⎭⎫⎝⎛-==lx hx hx l x h 11114+- 若三角形S 面积最大，则梯形NABCO 面积最小，线段ABC 就愈接近抛物线，此时以截面为梯形NABCO 的板簧片就愈接近等应力梁。
基于Adams Chassis的钢板弹簧建模案例(初稿)
Front Leaf Eye Bushing （前钢板眼管套） Shackle to Frame（束缚框架）
2.钢板弹簧建模案例
c.钢板弹簧建模界面参数设置：钢板环首钩信息（Leaf Eyehook）
Front and Rear Eyehook Inner Diameter（前后 环首钩内径）：30.00mm Front and Rear Eyehook Shape（前后环首钩形 状）：upturned
2.钢板弹簧建模案例
打开 XG_spring.ltf,可 以看到，现在有九 片钢板弹簧参数设 置选项了。
2.钢板弹簧建模案例
c.钢板弹簧建模界面参数设置：一般信息设置（General）
Number of leaves（钢板数目）： 9 Frictional Coefficient（摩擦系 数）：默认（0.0） Impact exponent（影响指数）： 默认（2.1） Fitting Algorithm（配件算法）： 默认（二阶多项式拟合）
缺点： 此方法有限元节点多，若进行整车仿真则计算量大，特别 是在设计阶段， 当钢板弹簧弧高或是坐标改变时，还要重新 建立钢板弹簧模型，特别费时[1]。
1.ADAMS中的钢板弹簧建模方法
b. SAE 3 段梁法 这是一种简化的钢板弹簧模型， 即将钢板弹簧看成中 间刚性杆（U 型螺栓固定） 与两侧简支梁构成。此3 段梁 用弹性衬套或者球铰连接起来，前、后梁与车架用弹性衬套 或者铰链副连接， 并通过选择合适的衬套参数使之达到实 际钢板弹簧刚度[2]。
1.ADAMS中的钢板弹簧建模方法
c. 离散梁法 将各片钢板弹簧离散化，每段视为一个刚体，每段之间 用BEAM 梁来连接，BEAM 梁参数根据钢板弹簧截面形状与材 质得出。各片之间的接触利用ADAMS 中的接触力来定义。中 性面法也可视为是离散梁法， 它是将各片等效成一片。离 散梁法可建立与实际钢板弹簧性能和形状接近x/LeafsPring 建立钢板弹簧。
柔性体板簧建模与仿真应用
架采用柔性衬套连接 , 后轮 采用双胎 , 整车具有 73 个自由 度。仿真 模型如图 3所示。
图 7 平顺性仿真座椅表面垂向加速度曲线 ( 空载 ) Fi g. 7 Ve rtica lV ibration Acce leration C urve o f Seat w ithout Load
的整车在随机路面上的仿真结果 , 可进一 步结合平 顺性评价 标准进 行评价。
板簧虽然是最古老的悬架系统之一 , 但其至今仍被 广泛应用于 商用车上。怎样准确地捕捉板 簧的各种 特性 , 对于 操纵稳定 性和平 顺性的动力学仿真具有重要意义。目前国内研究的板簧 仿真模型主 要有如下 几种 : 一种是考 虑片间摩擦 , 建 立完整的板簧模 型 , 如王其 东 [ 1] 采用离散梁方法建立板簧仿真模型 , 并将结果 与试验进 行了比 较验证 , 还利用建立的板簧模型装配整车进行了整车的 平顺性研究 ; 郑银环
2 ) 整车装配以本文方法建立的板簧模型 , 按 G B /T 6323. 6- 94进 行稳态回转仿真 , 所得结果显 示样车具 有较好的 不足转向 特性。可 通过仿真结果取样绘制前后侧偏角之差与侧向加速度的关 系曲线及 车身侧倾角与侧向加速度的关 系曲线 , 可按照 Q C /T 480- 1999 进行 整车稳态回转计分评价预测。同 时 , 也可利 用本文模 型进行随 机路 面和脉冲路面的平顺性仿真。 3 ) 利用该模型 , 匹配不同前后悬架刚度 , 结合操纵稳定性仿真和 整车平顺性仿真结果 , 可对样车板簧刚度进行选择和改进调试。 参考文献 :
[ 2]
表 1 板簧硬点座标与特征参数 T ab. 1 Hard Spot and its C harcter Parame ters o f Leaf Sp ring 板簧 硬点 x /mm y /mm z /mm 质量 / kg 转动惯量 /( kg m 2 ) 左前 板簧 A B C 左后 板簧 A B C - 560 0 560 2 650 3 200 3 750 - 140 - 271 - 180 - 90 - 160 - 50 360 360 360 420 420 420 38 . 857 23 . 522 Ix = 0 . 058 Iy= 2 . 271 Iz = 2 . 315 Ix = 0 . 134 Iy= 3 . 390 Iz = 3 . 492
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
板簧模型建模实例
建模准备
在A/Car的安装目录下，打开example文件夹，再打开leafspring文件夹，将板簧实例数据库leafspring_demo.cdb复制到当前工作目录，然后启动A/Car进入建模器界面；对刚才复制的数据库建立搜索路径并将数据库升级至当前版本；最后，载入AutoFlex插件完成建模准备。
打开模板
执行菜单命令：File -> Open，在对话框中的Template Name文本框中单击右键，在板簧实例数据库中选中模板_hardpoints.tpl，将建模所需的硬点导入到会话中。
图硬点模板打开后屏幕显示的4个硬点
启动ADAMS/Car Leafspring
执行菜单命令：Build -> parts -> flexible body -> autoflex，打开柔性体创建界面，在柔性体类型（flex body type）一栏选择板簧（leafspring），进入板簧创建界面。
图柔性体创建界面之板簧
新建板簧模板、定义板簧参数
●在板簧名称（leafdpring name）文本框中输入将创建的板簧名称：example；
●选择板簧的簧片数（number of leaves）为2；
●在前后板簧衬套硬点（bushing HP）分别选择前定位硬点hpl_fb和后定位硬点hpl_rb；
图定位硬点选择示意图
●设置最短簧片一般部分的弹性体数目（Min Num FBs）为2；
●定义设计载荷下板簧的垂向变形量（Preload height）为0；
●定义弹性元间阻尼（damping）为0.1；
●定义卷耳形状为上置式（Upturned）；
图卷耳形状选择示意图
●修改默认的衬套、衬垫属性文件，所需的属性文件从板簧数据库中选取；
图修改衬套属性文件示意图
其余使用默认值。
定义第一片簧片几何尺寸
选择第一片（Leaf 1）设置页；
图 第一片（Leaf 1）设置页示意图
● 按Get from file 按钮，激活紧随其后的文本框，在文本框中导入板簧数据库中的第一
片簧坐标文件：exapmple_leaf_1.alc ，定义侧面轮廓；
● 定义第一片前段长度（Front length ）为670mm ；
● 定义第一片后段长度（Fear length ）为816mm ；
● 定义名义厚度（Section thickness ）为15mm ；
● 定义名义宽度（Section width ）为50mm ；
● 定义z 轴偏移（Z offset ）为0；
● 在材料（Material ）文本框中重选材料为钢材（Steel ）
其余选项采用默认值。
图 第一片定义后的创建界面
定义第二片簧片几何尺寸
选择第二片（Leaf 2）设置页；
●按Get from file按钮，激活紧随其后的文本框，在文本框中导入板簧数据库中的第二
片簧坐标文件：exapmple_leaf_2.alc，定义侧面轮廓；
●定义第一片前段长度（Front length）为546mm；
●定义第一片后段长度（Fear length）为654mm；
●定义名义厚度（Section thickness）为15mm；
●定义名义宽度（Section width）为50mm；
●定义z轴偏移（Z offset）为-25mm；
●在材料（Material）文本框中重选材料为钢材（Steel）
图第二片定义后的创建界面
执行建模命令
至此，板簧全部参数设置完毕，按OK执行模型的创建，ADAMS/Car Leafspring完成创建后弹出建模完成消息窗，提示同时在默认的可记录数据库中创建了.ali文件（all file written successfully）。
图板簧模型建立消息
图建成的板簧模型
保存模板
菜单命令：file -> save as；
按下图填写对话框后按OK最终完成板簧模板的创建。
图板簧模型另存为对话框。