两片变截面变刚度钢板弹簧遗传优化设计

针对汽车钢板弹簧轻量化问题,以某款微型车钢板弹簧为研究对象,通过方程推演拟合出两片变截面板簧的接触过程,并在此基础上建立两片渐变刚度钢板弹簧的优化数学模型.基于遗传算法,运用Matlab开发了优化设计的仿真程序,通过运用Matlab开发的应力验算仿真程序和ANSYS有限元分析对优化模型进行验证,最后进行样件试验.结果表明:在保证性能的要求下,节省板簧材料31.6%.     

不同摩擦系数的少片变截面钢板弹簧性能分析

采用不同材料的板簧垫片,簧片间摩擦系数亦有所不同,因此设计钢板弹簧时仅考虑钢与钢的接触摩擦将造成其性能分析结果的不准确.针对这一问题,利用ANSYS软件的接触非线性功能,对少片变截面钢板弹簧的等效应力及刚度特性进行分析,得到不同摩擦系数下的VonMises应力分布和载荷-变形曲线,重点讨论了摩擦系数对钢板弹簧应力及刚度特性的影响;同时对钢板弹簧进行相应的性能试验.结果表明:少片变截面钢板弹簧的应力计算值和测试值误差较小,刚度仿真计算值和试验测量值基本吻合,相对误差小于5%,说明有限元分析能精确地模拟各簧片间的接触和摩擦问题,真实反映钢板弹簧的受力和变形情况,可用于研究簧片间不同摩擦系数对钢板弹簧应力及刚度特性的影响.     

基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧的刚度分析

根据每一片变截面钢板弹簧在自由状态下的三维尺寸、曲率半径和自由弧高,利用Unigraphics的二次开发功能,建立每一片钢板弹簧的实体模型.在ANSYS软件中,采用映射单元划分法,建立钢板弹簧的有限元模型,并在钢板弹簧的接触面中应用接触理论添加接触单元,模拟板间摩擦和计算钢板弹簧的刚度.对钢板弹簧试验分析结果表明:刚度仿真计算值和试验测量值基本吻合,相对误差为5.58%,说明该模型可以用于研究考虑钢板之问存在摩擦作用力时的变截面钢板弹簧的受力情况,可用于探讨非线性有限元分析过程中接触刚度系数和接触算法收敛的相互匹配关系,以及分析少片变截面钢板弹簧的刚度.     

农用运输车钢板弹簧选型与计算机辅助参数设计

对四种常见的车用钢板弹簧的结构和性能进行对比分析,提出了在开发设计农用运输车时选用钢板弹簧的一般方法以多片等截面式和少片变截面式钢板弹簧为例,介绍了钢板弹簧的计算机辅助参数设计的步骤和方法在设计计算机程序时,将热轧弹簧扁钢的宽度和厚度系列尺寸编成数组进入程序自动循环计算,可以有效地找出多片等截面式钢板弹簧的所有可行设计方案,供设计者选择;用复合形法对少片变截面式钢板弹簧进行优化求解时,采用一种实用的确定初始点的方法,可使优化设计效率大大提高最后针对某1.0t级农用运输车的前钢板弹簧,给出了按多片等截面式和少片变截面式这两种类型进行设计的结果     

基于接触摩擦的变截面钢板弹簧悬架性能分析

传统钢板弹簧分析只是采用简化力学模型,而没有考虑簧片间的摩擦.为了更好地对少片变截面钢板弹簧进行设计,本文首先对少片变截面钢板弹簧悬架进行参数化建模.然后应用接触理论添加接触单元,来模拟钢板弹簧间的摩擦,进行钢板弹簧悬架的有限元计算,得到钢板弹簧悬架的装配预应力、刚度和阻尼特性的仿真值.与由传统预应力计算方法得到的结果和行业推荐值进行比较分析,证明基于接触摩擦的少片变截面钢板弹簧悬架性能分析的方法更能反映簧片实际的受力情况.     

少片变截面钢板弹簧的疲劳寿命计算分析

根据少片变截面钢板弹簧每一片在自由状态下的几何尺寸,利用UG软件建立各片的三维模型并进行装配。在HyperMesh中采用映射法进行单元划分,同时考虑片间的非线性接触,建立钢板弹簧总成的有限元模型。根据钢板弹簧试验工况,计算得到该工况下的应力循环,利用其S-N曲线,基于Miner线性累计损伤准则计算其疲劳寿命。疲劳寿命的计算值与试验值相当接近,验证了模型的建立以及计算过程的正确性。     

摩擦对某钢板弹簧力学特性的影响分析

摩擦是影响钢板弹簧非线性的关键因素.基于CATIA建立某少片钢板弹簧几何模型,考虑接触摩擦,在ABAQUS中建立其有限元模型,分析不同摩擦下钢板弹簧的力学特性.通过5种摩擦系数和2种载荷的不同组合,获得不同载荷及摩擦对钢板弹簧刚度、应力分布及接触压力的影响规律.结果表明:在同一载荷状态下,钢板弹簧刚度随摩擦系数的增大而增大,应力与片间接触压力随摩擦系数的增大而减小;同一摩擦状态下,刚度随载荷的增加呈增长趋势,且摩擦系数越大该趋势越明显.研究结果可为兼顾刚度,强度及接触压力性能的钢板弹簧设计开发提供参考.     

基于离散Beam梁法的变截面钢板弹簧建模及仿真

采用离散Beam梁法在多体动力学软件ADAMS中建立变截面钢板弹簧的动力学模型。以某轻型客车的后悬架变截面钢板弹簧为例,仿真计算其刚度,并与试验测试结果进行对比。结果表明,该方法用于变截面钢板弹簧的建模具有有效性。     

渐变刚度钢板弹簧建模方法对比

为更好地分析钢板弹簧刚度特性,对钢板弹簧建模方法进行了对比研究。依据钢板弹簧国家标准GB/T 19844—2005,针对某型渐变刚度钢板弹簧分别在有限元软件Hypermesh和多体动力学软件Adams中建立其有限元模型和离散梁模型,并进行了仿真,得到刚度特性。将仿真结果与试验值进行了比较。结果表明,在针对该钢板弹簧的刚度分析中,运用离散梁法得到的刚度特性更加接近试验值。     

少片变截面钢板弹簧的有限元分析

以有限元分析理论为基础,应用ANSYS分析软件,对少片变截面钢板弹簧进行了静力分析和模态分析。得到了钢板弹簧满载时的应力分布云图、应力-位移曲线、六阶不同阵型图,为少片钢板弹簧的前期设计开发提供了模态特性预测参数和强度评价及疲劳寿命的科学依据。     

变截面钢板弹簧的曲梁模型

通过建立钢板弹簧的曲梁模型,应用虚力原理求解位移,得到了变截面钢板弹簧刚度的几何非线性特性。     

钢板弹簧重叠部分应力及许用厚度计算理论的研究

为满足叠加钢板弹簧解析拆分设计及CAD软件开发的要求,根据叠加钢板弹簧的力学模型,对钢板弹簧重叠部分等效厚度进行研究,并利用各片变形量、厚度与载荷之间关系,建立叠加钢板弹簧重叠部分等效厚度解析计算式.根据重叠部分等效厚度解析计算式和单片等效钢板弹簧应力公式,建立叠加钢板弹簧重叠部分应力及最大应力解析计算式.根据重叠部分的应力解析计算式和许用应力,建立许用厚度解析计算式.最后,通过实例对钢板弹簧重叠部分应力及许用厚度进行解析计算和ANSYS仿真验证.结果表明所建立的叠加钢板弹簧重叠部分应力及许用厚度的解析计算理论是正确的.     

基于CAD/CAE的汽车钢板弹簧力学性能分析

利用CAD/CAE技术,考虑了大变形、片间接触摩擦等非线性因素,建立了某客车钢板板簧的非线性有限元模型,对板簧满载负荷时的应力、变形进行了仿真分析,得出刚度和强度性能,为多片等截面钢板弹簧的精益设计提供了参考作用。     

基于非线性的汽车钢板弹簧断裂问题分析

针对一异常断裂的渐变刚度汽车钢板弹簧，指出了传统计算方法的不足，提出采用现代CAE方法，应用有限元软件ANSYS非线性模块，同时考虑工作过程中大变形、接触等多种非线性因素，对其进行了静态和动态分析，得到钢板弹簧的应力大小和分布，合理解释了该钢板弹簧的异常断裂问题．根据有限元计算结果，提出避免钢板弹簧异常断裂的思路。     

曲梁臂板弹簧的应力均匀化设计

针对曲梁臂板弹簧(带有伸出式根部固定结构的偏心渐开线涡旋臂板弹簧)应力分布不均匀、许用行程还有很大优化空间的问题,应用旋臂形状迭代设计法使旋臂应力均匀且最小.相比于目前较先进的形状因子法优化槽线设计出的板弹簧,旋臂形状迭代设计法能够做到在轴向和径向刚度基本一致的情况下,增加许用行程17.2%.首次引入板弹簧旋臂等效力作用点的概念,并导出了旋臂截面最大范式应力表达式,将其应用于旋臂宽度分布迭代设计.有限元模拟分析表明:应用旋臂形状迭代法设计出的板弹簧各截面最大范式应力沿旋臂分布均匀,与应力设计目标相比浮动不超过3%.     

渐变刚度特性状态下的板簧挠度计算

为解决渐变刚度特性状态下的板簧挠度计算问题,根据莫尔积分,建立了考虑板簧截面两侧圆弧的主簧刚度和主副簧复合刚度的数学模型;通过有限元仿真分析,得到了渐变刚度板簧的刚度-载荷特性,并利用积分运算,建立了渐变刚度板簧在不同载荷下的挠度计算式.通过实例计算和试验验证可知,挠度计算值与试验测试值的最大相对偏差为5.46%.研究结果表明:渐变刚度特性状态下的板簧挠度计算方法是正确的,可以为渐变刚度板簧的正向设计提供理论参考.     

椭圆钢丝旋转对弹簧切应力及刚度的影响

由于工艺精度等原因,椭圆钢丝螺旋弹簧的截面会产生绕形心旋转变形。为了研究截面旋转角的影响和计算旋转椭圆钢丝螺旋弹簧的切应力及刚度,基于弹性力学,推导了旋转椭圆钢丝螺旋弹簧切应力模型与刚度模型。通过实例计算和有限元分析可知,切应力计算值与仿真值的最大相对偏差为1.79%,最大切应力及其所在角度以及刚度的计算值与仿真值的相对偏差均小于1%。结果表明,旋转椭圆钢丝螺旋弹簧的切应力及刚度模型是正确的,截面旋转角只影响截面切应力,对刚度无影响;若截面旋转角达到15°,该截面最大切应力较水平椭圆截面增加8.96%,所以提高工艺水平对改善弹簧的寿命及可靠性非常重要。     

新型承插式F型交通标志钢架优化研究

文章针对新型承插式F型钢架进行了足尺F架模型试验,得出其在风载作用下的刚度和强度力学性能指标,运用Ansys有限元分析软件进行弹塑性分析;研究表明,在应力和刚度水平都无较大差别的前提下,F架立柱采用变截面后材料用量仅为原立柱的80%.     

基于Adams的某重型商用车操纵稳定性优化研究

针对重型商用车的操纵稳定性问题,据某重型商用车的实车参数,利用多刚体动力学软件Adams建立各子系统模型并装配成整车模型;通过检验同工况下整车模型仿真结果与试验样车试验结果以验证模型精确性;发现增大钢板弹簧刚度、前横向稳定杆刚度及鞍座刚度或减小后横向稳定杆刚度均可增强整车的操纵稳定性,最后以响应曲面模型和遗传算法为优化手段对各刚度参数优化,得到最优参数解(钢板弹簧刚度、前后横向稳定杆刚度及鞍座刚度)来提高重型商用车的操纵稳定性,优化后如蛇形实验中的横摆角速度幅值和侧倾角幅值甚至可有效降低10%左右,优化效果显著。     

艉轴密封装置Ω弹簧组的多参数优化设计

Ω弹簧组作为艉轴密封装置的重要组成部件,其结构补偿能力直接影响艉轴密封装置的密封效果.基于零阶算法,以单片弹簧的特征厚度、宽度、中圆半径和顶圆半径为设计变量,对Ω弹簧组进行多参数优化分析.通过有限元优化设计,分析求解Ω弹簧组各设计参数的响应以及径向刚度的最优解,优化后的刚度值比优化前的增加了11.5%.并对优化前后的Ω弹簧组分别进行谐响应分析,验证了Ω弹簧组径向刚度的优化设计对改变Ω弹簧组频率补偿能力的有效性,进而改善其结构补偿能力.