基于ANSYS的钢板弹簧的非线性有限元分析.pdf

基于ANSYS的钢板弹簧的非线性有限元分析 口 张庆山 口 刘其洪 华南理工大学 机械与汽车工程学院 广州 510640 摘 要：借助有限元软件ANSYS对轻型货车铜板弹簧进行受力分析，在考虑摩擦、非线性大变形的条件下，计算其受 到不同载荷作用下的位移变形量 ，并将结果与试验数据进行对比分析 ，验证 了有限元分析的有效性。研究结果可为同类产 品的设计提供参考 。 关键词：有限元分析 钢板弹簧 非线性大变形 受力分析 位移变形 中图分类号：FH12 文献标识码 ：A 文章编号：1000—4998(20l0)12—0022—02 钢 板弹 簧 的传统计 算 方法 主要 是 材料 力学 中 的线 单元 ，适 用 于分析 非线性 、大变形 等 问题 。该 钢板 弹簧 性 梁结 构 、共 同曲率 法和集 中载 荷法 】。共 同 曲率法是 截面 尺寸 为 10mnl×73rnln，材 料为 60Si2Mn，弹性模 指 钢板 弹簧在 任何 载荷作 用 下 ，钢 板 弹簧各 片彼 此沿 量 E为 207GPa，泊松 比 0．3，共 10片组成 ，各 片通 过 整个 长 度无 间隙接 触 ，同一 截面上 各 片具有 相 同的 曲 中心 螺栓 连 接 起 来 ，为柔 性 面 对 柔 性 面 接 触 。采用 率 ；集 中载荷 法则 指钢板 弹簧 在任何 载荷作 用 下 ，各 片 ANSYS中提 供 的三 维 接触 单 元 targe170和 contact174 之 间只在端 点和根部无摩擦 的接触并传力 ，工 作 中各接 分 别进 行定 义接 触 面和 目标 面 ，选择 接触 面 中的小 面 触点不会脱 开 ，相邻两片在接触 点具有相 同的挠度 。但 为 接触 面 ，而另一 面为 目标 面 ，共定 义 9对 接触 对 ，并 这两 种方 法均不 能很好 地 汁算 出钢板 在发 生非 线性 变 赋 予每个 接触 对 唯一 的实常数 号 。 形 、接触 摩擦 的情 况下应 力等 响应 ；而材料 力 学线性 梁 2 对模型进行约束及求解 结构一 旦超 出弹性 阶段 ，将 使计 算结 果与 实 际的工 作 情况有 很大 的差 别 。周 继铭 等 人进行 了板 簧 的动态 分 钢板 弹簧 通过 中部 的骑 马螺栓 紧 固到车 桥上 ，其 析 ；丁能 根等 人采用有 限元 对钢 板弹簧 进行 迟滞分 计算模 型可 以简化为 悬臂 梁 。利用 ANSYS提 供 的 glue 析 H1，郑银环 等人 采用 了有 限元对 钢板弹 簧进行 了有 功能 将各 片钢 板 中部 相对 应 的部位 粘到 一起 ，模拟 骑 摩 擦和 无摩擦 的非线 性分 析 Isl ；文 献 【7】利用模 型 的 马螺 栓和 中心螺 栓 的作用 。在 中间截面 上施加 对称 约 1／4进行 有 限元接触 分析 ，但是 未考虑 摩擦 的作 用 。 束 和 添加全 约束 到 中间截 面上 所有节 点上 ，集 中载荷 本文 针对 轻型 货车 钢板 弹簧 ，将共 同 曲率法 和集 施 加 到端部 节 点上 ，如 图 2所 示 。 中载荷法结合起 来 ，利用 ANSYS的非线 性分 析对 叶片 铡板弹簧 的变形为几何非线性大变形 ，设置求解 钢板 弹簧 进行接触分 析 ，考察 其在 接触摩 擦条 件下 的 选 项 时 ，打 开 自动时 间步 长和求 解控 制 中的静 态几何 位移 、应 力等 响应情 况 ，从而 为钢板 弹簧 的优 化 设计 提 大 变形选 项 ，设 置牛顿 拉普森 方法 为 Full，并设 置合适 供一 种新 的可行性 方法 。 的载荷子 步数 和平 衡迭代 次数 ，使计算 尽快 收敛 。在有 润 滑 的条 件下摩 擦 因数 为 0．1～0．3，但过 大的摩擦