汽车钢板弹簧的接触有限元分析

1、第卷第期湖北汽车工业学院学报 年月汽车钢板弹簧的接触有限元分析郭洪强，李衡，郭世永（青岛理工大学汽车与交通学院，山东青岛）摘要：通过有限元建模，对汽车钢板弹簧进行有限元分析，得出各片的应力，位移等响应情况，为进行钢板弹簧精益设计提供参考。关键词：钢板弹簧；接触；有限元方法中图分类号：文献标识码：文章编号：（），（，）：，：；汽车钢板弹簧是汽车重要的高负荷安全部件。在实际工作中，钢板弹簧同时存在大变形、预应力和各叶片间的接触等多种非线性响应。本文利用应力为。图所示为某钢板弹簧自由状态下片结构的模型图。有限元分析软件，针对某种钢板弹簧实际的工作情况，考虑其大变型，柔性面对柔性面的接触、有预负荷及工

2、作负荷的条件，并同时考虑叶片之间存在摩擦力，再对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，求得应力、位移等响应情况，为进行实际钢板弹簧的设计计算提供了依据。图钢板弹簧自由状态模型图加载与边界条件加载分个载荷步进行。第个载荷步（工况计算模型的建立某型号钢板弹簧具有片结构，定义为个），施加预负荷，模拟中间夹紧螺栓夹紧各叶片时弹簧的变形、应力响应等，载荷（位移载荷）大小等于自由状态下各片的间隙之和。第个载荷步（工况），施加工作负荷（作用力载荷），模拟在板簧的特定长度处施加弹簧作用力的情况，数值相当于销子对弹簧的工作力作用压力，大小为。边界条件为约束模型底面中央所有节点的接触对。由于结构及载

3、荷都具有对称性，取模型进行分析即可。接触模式选择不分离接触，并关联实常数为一较小值，实现软弹簧效应。钢板弹簧的材料为，弹性模量为，泊松比为，摩擦系数为，最大许用收稿日期：作者简介：郭洪强（），男，山东聊城人，硕士生，从事汽车现代设计方法与理论研究。向的自由度，并提供对称条件。湖北汽车工业学院学报年月计算结果分析从图、图可以看出，在施加预应力载荷（工况）时，各片的最大应力均发生在接触表面上，其中前片最大应力响应发生在骑马螺栓附近，后片最大应力响应发生在骑马螺栓外。各片最大等效应力的分布趋势为：从第片开始逐渐下降，到第片时，最大等效应力值达到最小，随后又逐步递增。图第片板簧的等效应力图图可看出，施

4、加工作载荷（工况）对比图、后，前片最大应力响应发生在骑马螺栓附近，后片最大应力响应发生在骑马螺栓外。除第片外，从第片开始，最大等效应力逐步递增。等效应力最小值发生在第片，值为（图），等效应力最大值发生在第片，值为（图）。 图预应力作用下板簧总成等效应力图图 工作应力作用下板簧总成等效应用力图图预应力作用下各片最大等效应力值最大等效应力发生在第片，值为（图），最小等效应力发生在第片，值为（图）。图工作应力作用下板簧各片最大等效应力图图第片板簧的等效应力图图工作应力作用下第片等效应力图第卷郭洪强等： 汽车钢板弹簧的接触有限元分析施加预应力后，弧高为，增大。图所示为施加工作应力（工况）后，钢板弹簧的

5、总成向位移图，此位移图，是预应力和工作应力叠加的结果。对比图中，工况和工况作用下，各片的弧高值，可以看出，第片弧高变化最大，由变化到，减小了。第片弧高值接近为零。图工作应力作用下第片等效应力图图、图分别为施加预应力载荷后，钢板弹簧总成向位移图和各片的弧高值。观察图，对比预应力作用下各片的弧高值和自由状态下各片的弧高值，可以看出，第片弧高基本上没变，前片弧高值均相对变大，后片弧高均相对减小。第片弧高变化最大（图），自由状态下，弧高为，图工作应力作用下板簧总成向位移图图图预应力作用下板簧总成向位移图工作应力作用下板簧各片弧高值结语通过分析计算，可以看出，利用软件对对汽车钢板弹簧进行接触分析是可行的，并且避免了传统设计方法中的缺陷。此外，利用软件强大的后处理功能，可以方便的提取图预应力作用下板簧各片弧高各片的自由曲率、弧高、应力等数据，为进行钢板弹簧精益设计提供数据参考。参考文献：小飒工作室最新经典及教程北京：电子工业出版社，王望予汽车设计北京：机械工业出