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        基于ABAQUS的某農用車不等臂鋼板彈簧有限元顯式動力分析

        2014-12-25 02:19:00王孝鵬
        太原學院學報(社會科學版) 2014年3期
        關鍵詞:板簧參考點懸架

        洪 昊,王孝鵬,吳 龍,2

        (1.三明學院機電工程學院,福建三明365004;2.三明機械CAD工程研究中心,福建 三明365004)

        0 引言

        鋼板彈簧是在汽車非獨立懸架中應用中最為廣泛的一種彈性組建,它由若干片長度不等、曲率半徑不同、厚度相等或者不等彈簧鋼片疊合再一起,組成一根近似等強度的彈性梁[1]。在車架加載彈簧變形時,簧片之間產生相對滑動進而產生摩擦,此時鋼板彈簧本身具有一定的減震作用。鋼板彈簧本身還兼起導向作用,可以不必設置導向裝置,使懸架結構簡化,因此在重型卡車及農用運輸等車輛上廣泛應用。宇辰農林機械生產的QS-3BY-9C1型號爬山虎采用的是前后橋鋼板彈簧支撐,在使用過程中,滿載受瞬時沖擊后,前橋板簧可能與其下面的轉向橫拉桿發(fā)生撞擊,導致轉向失靈,前橋如圖1所示。因此借助ABAQUS有限元軟件對前板簧進行顯式瞬時動力學分析,驗證鋼板彈簧的最大應變及應力特性。

        1 板簧有限元模型[2-5]

        1.1 有限元網格劃分

        在對板簧進行網格劃分時,對每片板簧的細小特征進行簡化,忽略其他零部件,只單獨對簧片進行網格劃分,網格劃分采用六面體結構化與自由掃略網格劃分。單元類型為C3D8R,共有119598個單元。

        1.2 模型的材料及接觸特性

        圖1 爬山虎前橋

        圖2 板簧幾何模型

        板簧的材料是60Si2Mn,彈性模型為2.06×105MPa?,泊松比為 0.29,密度為 7.74×10-9tonne/mm3,抗拉強度為 1270 MPa。在板簧之間施加接觸屬性,主從面分別選取相互接觸簧面的外側與內側,共11個接觸對,簧片之間的摩擦系數為0.15。

        1.3 載荷與邊界條件處理

        圖3 板簧有限元模型

        板簧在工作時,在第一片板簧兩端卷耳中心建立參考點,然后在參考點與卷耳內面施加MPC多點約束,模擬連桿銷與卷耳的連接。約束鋼板彈簧一端參考點123方向自由度,約束另一端參考點13方向自由度。在每一片板簧的螺栓中心孔建立一個參考點,在參考點與中心孔內面建立分布約束,最后把12個參考點剛性連接,來模擬板簧中心螺栓對鋼板彈簧的預緊力。

        2 仿真分析

        在分析步模塊中,定義單一的一個顯式動力分析步,分析步的總時間為2秒,經計算得到板簧的應力及位移特性,如圖4、5所示。從應力圖中可以看到,板簧的最大應力為2413MPa,大于抗拉強度1270MPa,有發(fā)生斷裂的危險;其中最大位移變形為61mm,小于板簧與轉向橫拉桿之間的距離84mm,在使用過程中不會發(fā)生撞擊。分別顯示每片板簧的應力如圖6所示,副簧所受最大應力為1573MPa,位于板簧中心螺孔的兩側,大于抗拉強度1270MPa,有發(fā)生斷裂的危險;主簧第四片所受最大應力為1118MPa,應力主要集中在板簧中心螺孔的左側,右側所受的應力范圍較小。主簧第三片所受最大應力為2413MPa,大于抗拉強度1270MPa,應力主要集中在板簧中心螺孔邊緣上的節(jié)點上,有發(fā)生斷裂的危險。主簧第二片與主簧所受的最大應力分別為858MPa與843MPa,應力主要集中在板簧中心螺孔兩側且分布范圍較廣。

        圖4 板簧應力云圖

        圖5 板簧應變云圖

        圖6 副簧應力云圖

        圖7 主簧第四片應力云圖

        圖8 主簧第三片應力云圖

        圖9 主簧第二片應力云圖

        3 結論

        本文采用ABAQUS軟件建立爬山虎前橋不等臂鋼板彈簧模型并對其進行顯示動力分析,分析結果表明:板簧的整體位移特性為61mm,小于板簧與轉向橫拉桿之間的距離84mm,在使用過程中不會發(fā)生撞擊;板簧所受的應力較大,副簧與主簧第四片所受應力大于抗拉強度,有發(fā)生斷裂的危險。

        [1]關文達.汽車構造:第2版[M].北京:機械工業(yè)出版社,2004:329.

        [2]楊曼云,張巖暉,張中華,等.有限元分析技術在車用少片變截面鋼板彈簧研發(fā)中的應用[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新,2013,26(1).

        [3]于濟業(yè),孟婕,吳元東,等.汽車鋼板彈簧懸架的有限元分析與試驗研究[J].農業(yè)裝備與車輛工程,2007(11).

        [4]周水庭,黃紅武,付建朝,等.基于接觸摩擦的變截面鋼板彈簧懸架性能分析[J].湖南大學學報:自然科學版,2013,40(5).

        [5]胡玉梅,鄧兆祥,王欣,等.汽車后懸架的非線性有限元分析[J].重慶大學學報:自然科學版,2003,26(4).

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