钢板弹簧的有限元分析
重卡钢板弹簧U形螺栓有限元分析
重卡钢板弹簧U形螺栓有限元分析时间：2011-05-16 12:48:14 来源：（三一重工工程车辆研究院）袁根旺，赵季华，石迁, 邓星雄, 陈祥仕,翟计托摘要：本文以重卡钢板弹簧U形螺栓为研究对象，对其进行有限元建模和分析，并与试验数据对比，验证了有限元模型的准确性。
在此基础上，通过有限元分析，探讨两U形螺栓距离和U形螺栓预紧力的大小变化，对钢板弹簧和U形螺栓内部应力的影响，为钢板弹簧和U形螺栓的设计提供了依据。
Abstract：This paper sets up the analysis model of leaf spring and U-bolts on heavy truck. The analysis result was compared with the test result. Therefore the validity of the FEM model was proved. With the help of finite element method the relationship between the install distance ofU-bolts and the stresses in leaf spring and in bolts was investigated. Furthermore the influence of assembly preload of U-bolts on the change of stresses in leaf springs and in U-bolts was analyzed as well. The results can provide reasonable reference for design of leaf springs and U-bolts.前言钢板弹簧把车架和车桥弹性连接起来，除承受和传递各向作用力外，还起缓冲作用。
92_汽车钢板弹簧建模与非线性有限元分析_卢晨霞
5 分析结果
进行求解后，查看位移-载荷曲线。分别计算摩擦因数 =0，
=0.15， =0.3 时，钢板
弹簧加载和卸载过程的载荷-变形曲线，得到下盖板中心点载荷-变形曲线如图 8 所示。
80 60 40 20 载荷/KN 0
F0 F15 F30
-20 -40 -60 -80 0 10 20 30 40 变形/mm 50 60 70 80
（a）
U 型螺栓、中心螺栓的模型 图 2 有限元模型
（b）
卷耳销轴的模型
每两层钢板间利用 4 根圆截面直径为 0.1mm 的 bar2 模拟柔性连接。 用 Rbe2 单元 （rigid） 将最后一层钢板螺栓孔中心点建立与下面板 dof13456 方向的连接。
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Altair 2011 HyperWorks 技术大会论文集
Modeling and non-linear finite element analysis of vehicle leaf springs
Lu Chenxia，Wang Pengbo Changan Auto R&D Center,Beijing 100081 ABSTRACT:A finite element model of plate springs was created and contact elements to simulate the friction between the plates were added onto the contact surfaces with the HyperMesh software. Under the condition of making a full consideration about the preload of the center bolt and U bolt , the stiffness of the leaf springs was calculated. A reasonable result which reveals how different friction coefficient affects leaf spring hysteresis characteristics was obtained. Finally, a conclusion was drew in this paper that this model can be used to study the stress involving the friction between the steel plates and to explore the process of nonlinear finite element analysis on stiffness and hysteresis characteristics of leaf springs. KEYWORDS: leaf springs finite element hysteresis characteristics contact analysis
基于有限元的钢板弹簧应力分析
基于有限元的钢板弹簧应力分析蒋阳西华大学交通与汽车工程学院摘 要：本文讨论了利用ANSYS 软件对钢板弹簧进行映射网格划分，并在两簧片的接触区域生成ANSYS 软件所提供的接触单元，建立起多片钢板弹簧的有限元模型。
分析了施加预负荷和工作负荷时，板簧应力值显著增长的部位，从而预测板簧产生断裂的部位，可为改进设计提供指导作用。
关键词：板簧、仿真、模态1引言钢板弹簧具有结构简单，制造、维修方便，除了作为弹性元件外，还可兼起导向和传递侧向、纵向力和力矩的作用，其片间的接触、摩擦在弹簧振动时还将起到阻尼的作用，是重要的高负荷安全部件，目前在商用车上仍被广泛采用[1]。
传统的钢板弹簧设计方法分为：三角形板计算法，板端接触法，共同曲率法[2]。
上述三种计算方法对实际工作中的钢板弹簧进行简化，并不能反应实际工作中存在的复杂的非线性状态以及接触情况。
本文利用有限元分析软件ANSYS，对十片钢板弹簧的装配过程和工作过程进行计算分析的基础上， 求得在预负荷和工作负荷作用下的应力与位移等响应情况，为实际钢板弹簧的设计中确定参数提供了依据。
2计算模型的建立某车型的板簧总成的三维实体结构见图1。
板簧建模时，考虑板簧总成对称性，同时为了方便建模，取其1/4为研究对象。
通过单元solid45划分网格之后，得到12390个单元和12348个节点。
图1 板簧的三维模型图3钢板弹簧的材料属性和网格划分钢板弹簧的材料为60CrMnBa，弹性模量为206GPa，泊松比为0.26。
solid45单元用于构造三维实体结构。
单元通过8个节点来定义,每个节点有3个沿着xyz方向平移的自由度。
该六面体单元有8个节点，每个节点具有X、Y、Z 三个方向的平动自由度，可以进行塑性分析、蠕变分析、膨胀分析、应力硬化分析、大变形分析和大应变能力[1]。
用单元solid45划分网格之后，得到12390个单元和12348个节点。
4钢板弹簧的片间接触单元的建立钢板弹簧总成的片与片之间，接触与否事先未知，而且接触后存在着滑移，所以在片与片的节点间建立接触单元，模拟片间的作用力。
钢板弹簧简化模型有限元分析
湖北汽车工业学院Hubei Automotive Industries Institute分析计算说明书课程名称车辆工程专业课程设计设计题目钢板弹簧简化模型的有限元分析班级 T843-2 专业车辆工程学号 20080430232 学生姓名杨强指导教师（签字）起止日期2011年 12 月 19 日- 2011 年 12 月 30 日2012年 2 月 20 日- 2012 年 2 月 24 日目录1 引言 (3)2设计要求 (3)3 分析所用数据 (4)4 分析过程 (4)4.1简化模型一的分析过程 (4)4.1.1模型的建立及网格划分 (4)4.1.2 加载与求解 (6)4.1.3 收敛性分析 (12)4.2简化模型2的分析过程 (14)4.2.1建模 (14)4.2.2网格划分 (14)4.2.3加载与求解 (15)4.2.4简化模型二的优化设计 (18)5 课程设计的心得体会 (22)6 参考文献 (22)钢板弹簧简化模型的有限元分析1 引言钢板弹簧是汽车非独立悬挂装置中常用的一种弹性元件。
其作用是传递车轮与车身之间的力和力矩，缓和由于路面不平而传递给车身的冲击载荷，衰减冲击载荷所引起的振动，保证车辆的行驶平顺性。
钢板弹簧结构简单，维修方便，成本低廉，在悬挂系统中可兼起导向作用，因此得到极为广泛的应用，其疲劳特性与阻尼特性对车辆行驶的可靠性和安全性有重要意义。
本文对钢板弹簧简化模型结构进行有限元分析，弄清楚其应力分布的规律。
采用各种网格对模型对模型划分，并作出了比较，计算了模型的最大misses应力和变形，用对称结构进行了计算，用目标驱动优化功能对模型做了结构优化设计。
2设计要求图2.1如图2.1所示钢板弹簧的简化模型，受力情况如上，要求：（1）采用四面体，六面体及自由方式进行网格划分，计算各情况的钢板弹簧三维简化模型的最大misses应力，变形和安全系数；（2）采用二维单元计算模型的最大misses应力，变形；利用结构的对称性对二维模型进行计算；（3）若钢板弹簧简化模型改为图2.2，分析结构的三维简化模型的最大misses应力，变形和安全系数；图2.2（4）利用参数化研究与目标驱动的优化功能对结构进行优化设计；3 分析所用数据（1）板长900mm，宽250mm,厚25mm；（2）材料弹性模量211Gpa，泊松比0.3；（3）左右两侧各受到大小4500N的集中力；（4）中部沿宽度方向受到铅垂方向的约束；4 分析过程4.1简化模型一的分析过程：4.1.1模型的建立及网格划分：模型的建立如图4.1所示图4.1（1）采用solid187（10 Node Quadratic Tetrahedron）对模型网格划分：(单元大小：5mm) 得到节点数：206919 单元数：129894 如图4.2所示图4.2（2）采用六面体网格划分：所用到的单元为：Solid187（10 Node Quadratic Tetrahedron）Solid186（20 Node Quadratic Hexahedron）Solid186（20 Node Quadratic Wedge）Solid186（20 Node Quadratic Pyramid）得到的节点数：112079 单元数：24151 如图4.3所示图4.3（3）采用扫掠方式划分：所用到的单元：Solid186（20 Node Quadratic Hexahedron）Solid186（20 Node Quadratic Wedge）得到节点数：111485 单元数：23535 如图4.4所示图4.44.1.2 加载与求解采用四面体单元进行分析计算如下：（1）约束及加载如下：两个集中力加载在两个尖角的线上，固定支撑在底面的线上如图4.5所示图4.5求解结果如图4.6所示：位移图：最大位移3.245mm图4.6应力图如图4.7所示：最大应力960.02Mpa图4.7（2）上述结果应力值较大，出现了奇异，最大应力的部位均位于两个尖角处，且区域很小，分析可能是与实际的工况不符合，加载方式不合实际，改进如下：将中间的固定约束施加在中间整个面上，再进行求解如下：得到结果如下所示：位移图如图4.8所示：最大位移2.2374mm应力图如图4.9所示：最大应力960.02 Mpa图4.9（3）可以看出应力并没有变化，可能是两端的集中力的施加位置不合实际，考虑到钢板弹簧两端和各有一个卷耳，套在U型螺栓上，故集中力应施加在一个区域上，由一定的面积来承受此力，想到将此集中力施加在两个边角处，具体操作通过添加一个印记面来实现，如下图所示：三角形的底边长50mm，如图4.10所示图4.10网格划分采用四面体，size设置为5mm，约束低面的一条线固定支撑，集中力加载在两个印记面上：求解后最大应力为162.74Mpa,应力图如图4.11所示，应力减小较多，可见两个集中力的影响较为显著。
搅拌车前悬架钢板弹簧的计算分析及试验研究（终稿）学位论文
搅拌车前悬架钢板弹簧的计算分析及试验研究（终稿）学位论文摘要随着我国基础设施建设的快速发展，混凝土搅拌运输车作为一种运输混凝土的专用车被广泛应用。
其施工过程一般由满载运料和空载返回两种状态组成，在整个过程中满载和空载的时间各占50%。
目前混凝土搅拌运输车的前悬架设计指标一般只考虑满载舒适安全的要求，而不考虑空载状态，导致空载时有明显的共振现象，严重影响搅拌车的舒适性。
在悬架装置中，钢板弹簧起传递车轮与车架之间的力和力矩,缓和路面不平引起振动和冲击的作用，是车辆设计优劣的关键之一，因此优化其结构和性能参数对车辆安全性和舒适性具有重要意义。
在各类钢板弹簧中，变刚度少片簧因结构简单，成本低，质量轻，适应性好等优点，已成为悬架装置研究的重点，是未来高性能搅拌车前悬架装置的发展趋势。
本文通过前期大量的调查和研究，拟设计一种搅拌车专用前悬架变刚度少片簧，使其既能保证搅拌车满载时的行驶安全，又能大大提高空载时的乘坐舒适性能。
首先，对比分析各类钢板弹簧的特性，选择变刚度钢板簧作为研究目标；其次，根据多种理论方法，建立钢板弹簧的数学模型，并进行应力和模态分析，得到一种满足要求的变刚度少片簧；最后通过台架试验和道路试验，验证仿真分析结论。
本研究既解决了搅拌车使用中遇到的现实问题，同时也促进了专用车设计水平的发展，在理论应用方面有积极意义。
关键词：混凝土搅拌运输车钢板弹簧仿真应用Abstract目录摘要 1Abstract 2目录 3第一章绪论 51.1 研究目的和意义 51.2．载货汽车用钢板弹簧的概况 51.3、钢板弹簧的特性 61.3.1多片钢板弹簧的特性61.3.2少片变截面钢板弹簧的特性81.4、钢板弹簧的功能结构 81.5、钢板弹簧应用中存在的舒适性问题 101.6本课题研究内容和意义11第二章钢板弹簧的计算模型分析132.1 钢板弹簧的力学模型概况132.2 钢板弹簧计算的材料力学基础132.2.1 等截面简支梁和悬臂梁132.2.2 梯形简支梁和梯形悬臂梁152.3共同曲率法172.3.1板片厚度相同的多板弹簧的计算172.3.2 板厚不同的多板簧计算182.4 集中载荷法202.5 综合法222.6 有限元分析法242.6.1 什么是有限元242.6.2 有限元法的发展概况252.6.3 通用有限元软件ANSYS的介绍262.6.4结构分析在ANSYS的实现262.7多片钢板弹簧有限元模型的建立272.7.1 多片钢板弹簧强度和刚度分析272.7.2 多片钢板弹簧模态分析322.7.3 多片钢板弹簧有限元计算结果分析34 2.7.4本章小结35 第三章钢板弹簧的试验研究与分析 363.1 试验项目及其方法363.1.1 弹簧特性试验363.1.2 台架疲劳试验363.2试验验证373.2.1试验对象373.2.2 试验条件383.3试验过程简介383.4 样车的试验分析383.4.1 激励源识别383.4.2 悬架参数的影响分析403.4.3 悬架参数调整的测试验证41 3.4.4 样车改善对策413.4.5 结论423.5 改进前少片簧应力道路试验43 3.5.1 试验用少片钢板弹簧433.5.2 试验状态433.5.3 试验结果443.6 改进后少片簧应力台架试验45 3.6.1 试验用少片钢板弹簧453.6.2 测试状态 463.6.3 试验结果 463.6.4 试验分析473.7 改进后少片簧整车道路试验48 3.7.1 试验用少片钢板弹簧493.7.2 台架试验 493.7.3 道路试验493.8 本章小结493.9 整车振动对比试验503.9.1 试验测试基本情况及环境状况50 3.9.2 试验测试513.9.3本章小结54四总结 554.1研究的主要内容554.2研究展望56第一章绪论1.1 研究背景及意义安全、节能、环保、舒适性和耐久性是衡量现代载货汽车性能的五大指标，其中与顾客使用感受最密切的是车辆的乘坐舒适性，目前已受到各研究机构的广泛重视。
钢板弹簧刚度特性的有限元分析
钢板弹簧刚度特性的有限元分析newmaker1 前言钢板弹簧是汽车中广泛应用的弹性元件，刚度是其重要的物理参量。
因此，在产品试制出来之前，如何更准确的计算其实际刚度就成为大家共同关心的问题。
传统的计算方法，如“共同曲率法”和“集中载荷法”等均存在一定的局限性，在计算中往往需要加入经验修正系数来调整计算结果。
随着计算机的发展，有限元法因其精度高、收敛性好、使用方便等优点逐渐被应用到板簧的设计中。
邹海荣等应用有限元法分析了某渐变刚度钢板弹簧的异常断裂问题，提出了避免此种断裂的改进措施。
胡玉梅等针对某汽车后悬架的钢板弹簧应用Ansys 软件分析了其静态强度特性，给出了钢板弹簧在不同载荷作用下的应力分布，计算结果与试验符合的较好。
谷安涛则讨论了应用有限元法设计钢板弹簧的一般流程，给出了设计的示例。
有限元法的最大优点之一就是可以仿真设计对象的实际工作状态，因而可以部分代替试验，指导精确设计。
汽车钢板弹簧存在非线性和迟滞特性。
应用有限元法进行分析时需要考虑大变形及接触，即需要同时考虑几何非线性和状态非线性，这将使得计算不容易收敛，因而需要较高的求解技巧及分析策略。
本文采用Nastran的非线性分析模块分析了某钢板弹簧的刚度特性，讨论了摩擦对其性能的影响，其分析流程及结果可以为同类型产品的设计提供参考。
2 钢板弹簧刚度的计算方法传统的计算方法有“共同曲率法”和“集中载荷法”。
此外，国内学者郭孔辉针对共同曲率法中存在的固有缺陷，提出了一种称为主片分析法的计算方法，田光宇等则针对集中载荷法的固有缺陷，提出了改进的集中载荷法。
这些方法的出发点都是把板簧各片看成是等截面的悬臂梁，不考虑板簧各片之间的摩擦和板簧变形过程中的大变形特性，采用经典梁公式计算第1叶片的端点挠度，进而求得板簧的刚度。
2.1共同曲率法共同曲率法由前苏联的帕尔希洛夫斯基提出，其基本假设为板簧受载后各叶片在任一截面上都有相同的曲率，即把整个板簧看成是一变截面梁，由此推出对称板簧的刚度计算公式如下：2.2集中载荷法集中载荷法的基本假设为板簧各叶片仅在端部相互接触，即假定第i片与第i-1片之间仅有端部的一个接触点，接触力为Pi，并且在接触点处两相邻叶片的挠度相等。
小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计毕业论
摘要钢板弹簧具有结构简单、工作可靠、价格低廉等优点，在汽车中被广泛地使用。
它在工作过程中存在大变形、叶片间的接触等多种非线性因素，故多年来一直没有形成一个比较切合实际的完善的设计与分析方法。
集中载荷法、共同曲率法等传统设计方法以线弹性理论为依据，把问题抽象为简单的数学、力学模型，并应用材料力学公式进行粗略计算，一般计算结果与实际情况差别较大。
随着汽车向轻量化和高速化发展，对悬架的要求越来越高。
显然，传统设计方法已经不能适应现代汽车发展对悬架的要求。
近年来，随着有限元技术、CAE技术的不断发展以及在工程中的成功应用，以计算机为工具、有限元分析为基础的CAE法正逐渐成为汽车设计的主流。
应用CAE法进行钢板弹簧设计可以同时考虑到结构的大变形、摩擦、簧片间的接触以及组装时的预应力和工作应力的结合，从而实现对钢板弹簧的精确设计。
本文根据汽车设计的要求对悬架中的钢板弹簧进行了设计和计算，并使用UG进行建模，然后应用ABAQUS有限元分析软件进行了受力分析和仿真设计和计算。
关键词：钢板弹簧 ABAQUS 有限元Jubilee wagon spring structure finite element simulationdesignABSTRACTThe spring has the structure simply, the work reliable, the price inexpensive and so on the merits, widely is used in the automobile. It has contact between the big distortion, leaf blade's in the work process and so on many kinds of non-linear factors, therefore for many years has not formed of a quite realistic perfect design and the analysis method. Traditional design methods and so on concentrated load law, common curvature law take the line theory of elasticity as the bases, abstracts the question as the simple mathematics, mechanics model, and carries on the rapid calculation using the materials mechanics formula, the general computed result and the actual situation difference are big. Along with the automobile to the lightweight and the high speed development, is more and more high to the suspension fork request. Obviously, the traditional design method already could not adapt the modern automobile development to the suspension fork request.In recent years, along with the finite element technology, the CAE technology unceasing development as well as in the project success application,take the computer as the tool, the finite element analysis was becoming the automobile design gradually for the foundation CAE law the mainstream.Carries on the spring design using the CAE law to be possible simultaneously to consider the structure the bigdistortion ,contact as well as assembly between friction, time reed pre-stressed and working stress union, thus realizes to the spring precise design.This article according to the automobile design the request to carry on the design and the computation to in the suspension fork spring, and used UG to carry on the modelling, then has carried on the stress analysis and the simulation design and the computation using the ABAQUS finite element analysis software.Key words: leaf spring, ABAQUS, finite element小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计龚顺聪 0611032680 引言钢板弹簧几何形状简单，传统计算方法应用梁理论，简单地看是合理的，实际上远不如此。
钢板弹簧迟滞特性的有限元分析
2003003钢板弹簧迟滞特性的有限元分析丁能根马建军(北京航空航天大学,北京 100083)(安凯汽车股份有限公司,合肥 230051) [摘要] 利用ANSYS 有限元软件提供的面-面接触单元,分析了钢板弹簧的迟滞特性,叶片间的正压力和摩擦力用这些接触单元的节点力来代替;给出了加载和卸载过程的载荷-变形特性图;并结合实例分析了不同摩擦系数对钢板弹簧迟滞特性和阻尼特性的影响。
此外,还分析了钢板弹簧在受到不同频率和振幅的正弦激励时所产生的等效阻尼。
叙词:钢板弹簧,迟滞特性,有限元Finite Element Analysis on the Hysteresis Behavior of Leaf SpringsDing N enggenBeiji ng U niversity of Aeronautics and Ast ronautics ,Beiji ng 100083Ma JianjunA nkai Vehicle Co 1,L t d ,Hef ei 230051 [Abstract] In this paper the hysteresis behavior of leaf springs is analyzed using the face 2to 2face contact element provided by ANSYS FE software ,where node forces of the contact elements replace the normal forces and friction forces between contacting leaves 1The load 2deflection curves during loading and unloading process are presented ,and the influence of different friction coefficients on the hysteresis and damping characteristics is ana 2lyzed with a practical example 1Besides ,the equivalent damping of leaf springs under sinusoidal excitation of dif 2ferent frequencies and amplitudes are also analyzed 1K eyw ords :Leaf springs ,H ysteresis characteristic ,Finite element原稿收到日期为2002年4月5日,修改稿收到日期为2002年6月10日。