基于ABAQUS某车型钢板弹簧断裂失效分析及解决方案

,
考虑 黄片间 的 非线性接 触
.
,
建 立 了钢 板弹赞装 配及 加 载状
,
态 的精确 有 限元 模型
通 过分析计 算得到钢 板弹黄接 近 实 际工况 的应力分布 和 弹赞刚 度
,
并 对 比试 验 数据
,
从 板 赞失效 的角度考 虑
提 出 了更 改方 案
,
为结构 改进提 供 参考 接触 分 析
关健词 : 钢板 弹黄; 有 限 元分 析 ;
。
前 面 提到 由 于 收敛 性 的原
,
因 主 簧 刚 度 与 试 验值 会有 较 大 的差 别
当 副 簧 与主 簧 完全 接触 之 后
试验 与 仿真数 据对 比
载荷 由二 者共 同承 担
。
板 簧 刚 度 数据对 比 见 表 1
表1
主 簧 刚 度 侧厄皿)
N) 试验 ( 3 3 77
.
组 合 刚 度孙 劝 m )
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1
引言
汽 车钢 板 弹簧 是 汽车 的关 键 减振 元 件
,
其 主 要 功 能 是 作 为 悬 架 系统 的 弹 性元 件 起 吸振和
4 ) 最 大应 力 为 9 6 3 M Pa (见 图 1
图1 2
刚刚 接 触 状态 主 簧 的 应力 图
3 图 1
完 全接触 状 态 主 黄 的 应 力 图
图1 4
极 限状态 主 赞 的 应 力 图
6 2
.
板簧 断裂 问题 解决 方案
1
、
增 加 摩 擦片 长度 缓解 应力 集 中
,
在 上述 三 种状态 下
,
如 图8
、
图
9所示
圈
8
板 簧 刚度 仿真 分析结 果
:
图
9
板赞 仿 真 刚 度曲线
5 3
.
试 验与仿真对 比分析
刚 度 曲线 对 比
(如 图 1 0
所示)
图 10
1
、
板 簧试验 刚度 与 仿真 刚度 曲线 对 比
图1
。
数据对 比 图
,
主 簧 与副 簧 刚 刚 接触 之前
。
,
两 曲线 曲 率有所 不 同
.
,
并非 高周 疲劳
,
排 除 高周 疲 劳原 因
,
摩擦 片 所致
从市 场 反 馈 的 资料可 得 出
空 载 状 况下
,
所有 板簧 断 裂位 置均 在 摩擦 片两端
,
,
且 断裂钢 板 为 四簧
,
。
主 簧 与副 簧 之 间 未接 触
。
副 簧 几 乎不 变 形
,
。
随 着装 载质 量 的 增 加
, ,
主簧 逐
,
如 图3 所 示
。
从 板簧 的断 裂情 况来看
我们 从 以下 三个 方 向展 开 分析
圈
3
板 赞 断裂位置
, ,
图
4
板 簧 断裂位 置 示意 图
。
3 1
.
疲 劳所 致
根据 失 效板 簧 的 宏 观 断 裂 形 貌
从 断 口 上分 析
。
为 低 周 疲 劳起 源
板 簧 的瞬 时断 裂 区 面
积较大
3 2
第七 届 中国 C AE 工 程分析 技 术年会 论文 集
基于
ABA OU S
某 车型 钢 板 弹 簧 断 裂 失 效 分 析 及 解决 方 案
刘博
,
( 长 城 汽 车股 份 有 限 公 司技 术 中心
: 摘 要 利 用A B
河北 保 定
。 7100
) 0
A Q u s 软件
.
,
以试 验 工 况 为墓 础
,
最 终 由 两者 最大应力为
,
共 同承 担
3
、
最 大应 力在 主 簧 最 后 一 片钢 板 上
图1 3 )
。
6 5 5 M P a (见
在 副簧完 全接 触之 后 达 到 极 限状 态
,
,
板 簧系 统承 受 的 载荷 由主 簧和 副 簧共 同 承担
,
最
。
大应 力在 主 簧 最后 一 片 钢板 上 即 四 簧摩 擦片 两端 附近 的 位 置
4 1
板簧 非线性仿真分析 特 点
利用 了边 界 条件非 线 性和 几 何非 线 性进 行 仿真 分析
,
使 仿 真更 加 逼 真
。
,
更贴近 试验状 态
。
利用 A B A QU s 隐 式接 触对作 为 处 理大 变形 问题 的 接触 边 界条 件
通过 设置 摩擦 函数
增 加 计算 收敛 速度
,
、
接 触算 法
,
圈
7
板黄试 验 刚 度 曲线
,
5 2
.
板簧 刚 度仿真
仿真 刚 度 曲线 初始 阶 段 呈 现 非 线性 趋 势
,
原 因 是 软 件 在计 算 初 始分 析步 时
收 敛 状态
46 7
一
第 七 届 中 国 C A 卫 工 程分 析 技 术 年会论文 集
欠佳
,
经三步 缩小 步长后 收敛
:
。
曲线后 半段大 致跟试 验得 到的 曲线趋势大 体一 致
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件 对 试验 进行 了 仿 真分 析
型
.
,
并对 仿真 结 果 与试 验 结果进 行相 关性 分析
。
,
标 定 板簧 的 有 限 元模
,
,
确保 仿真 模 型 的准 确 性
在此基 础上对 板 簧 的受力 情况 进 行 仿真 分 析
。
发 现 其结 构 的 薄
弱 点 并通 过 改进板 簧 的 结 构来 实现板 簧 的加强
。
,
。
,
。
擦 片 为橡胶 材料
,
厚度均 为 1
~
。
图 1 板 赞 系统 示意图
图 2 摩擦 片在 板 赞之 间 的位 二 示 意 图
3
板 簧 断裂 原 因分 析
市场 反 馈某 车 型主 簧 均有 断裂 现象
,
断 裂位 置 在 摩擦 片两 端处
,
,
且 所 断 裂 钢 板均 为 主 簧
:
最 后 一片
,
即四 簧
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,
,
板簧 系统 的 最 大应 力在主 簧最 后 一 片上
a
,
即四 簧 摩擦 片 两
,
端 附近 的位 置
2
、
最大 应力 为5 4 3 Mp
,
(见 图 1 2 )
,
。
在 副 簧 与主 簧 完全 接触 时
,
板簧 系统承 受 的 载荷 由主 簧逐 渐传 递给 副 簧
即 四 簧 摩擦 片两 端 附 近 的位 置
板簧 系 统 的 最大应 力均 在 四 簧摩 擦 片 两端 附 近
,
渐变 弯
3 3
.
,
副 簧 开 始 与主 簧接触
由于 摩 擦 片两 端 的 位 置 有 间 隙
主 簧 与 副簧 不 能完全 接触
所 以导 致 主簧 在摩 擦片两 端有 应力集 中的 现象
致使 主 簧 断裂
如 图4 所示
,
。
四赞 本体强度 不足所 致
在板 簧 弯 曲时
,
所有 板簧 弯 曲程度 最 大位 置 均在 减 震 器 安装座 附近
求 解器 采 用
隐 式非线 性算 法
4 2
网格划 分 及模 型定 义
钢 板 弹簧 均 采用 六面 体 实体 单 元 划 分
,
单元 尺 寸 5
采 用B O L T 模拟 边 界 条件
一 向2 12 n
nn
:
,
系统单 元 总 数 为3 1 0 3 6 个
。
。
~
,
采用 C 3D
SR
单元 属 性
,
螺栓 连接
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,
2
、
主 簧 与副 簧 刚刚 接触 到完全 接触 这一 阶段
主 簧 与副 簧 完全接触 之后
:
,
板簧系 统呈现 刚 度 非 线性现 象
。
两 曲线稍
有 区别
3
、
两 曲线 曲率基本 相 同
,
数据 对 比
(如 图 n
,
所示 ) 载荷 完全 由 主 簧承 担
。
。
副 簧 刚 刚 接触 时
由 此可 得 主 簧 刚 度
、
迭代 方 法
,
、
稳 定控制
、
单 元类 型 和 步长控 制等 诸 多参数
,
,
消 除 由于 不 恰 当 的参 数设置 对 结果造 成 的 不利 影 响
提 高 了 仿真 精度
。
。
前 处理 完 全 由A B A QU s / C
B A
.
s 口d A QU s / st ar d
A 完成 E
。
避 免 由于 软 件接 口 问题 导 致 参 数 丢 失
。
结 构非 线性 和 摩擦 等 因 素 变形
、
。
本 次分 析利 用
,
片 间 接触和 摩擦 等多种 非线 性 因 素
B A
A Qu s
软件
,
考虑 钢 板 弹簧在 变形 过程 中的 大
建立 了板 簧 的有 限元 模型
根据 板簧 刚 度 试验 条
46 6
第 七 届 中国 C A E 工程分析技术 年 会 论 文 集
,
即摩 擦 片两 端 的位
,
置
。
当 主 簧 与 副 簧 共 同 起作 用
。
且 运 动 到 极 限 位 置时
,
四簧 本 体 材料 达 到 抗 拉 极 限
从 而发
生断 裂现 象
4
板簧 有 限元分 析策略
板 簧结 构 的特 殊性 导 致其 在工 作过程 中的受 力十 分复 杂
,
传 统 的 线性 静力 分 析无 法考 虑
,
减 振作 用
,
保 证汽 车 行驶 的 平稳 性
、 ,
。
板簧 在 工 作 过程 中承受 着 自重 与 载重
。
因 此 其结 构 强 度
,
对汽 车 的安 全 性
板 簧 断 裂 原因
、
舒适 性 都有 重要 的影 响
为 研 究钢板 弹簧 的 断 裂 问 题
本 文 利用 A B
。
A
QU S 软 件
,
对板 簧 进行 有 限 元 分析
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1Leabharlann 板赞 刚度试验板簧 两端 吊耳 固定 在 小 滑车 上
,
板簧 倒 置
,
板簧 中间 位置 的力 和 位 移
示
。
。
反 复加 载 数 次后
试验机 在板 簧 中间 位 置 反 复加 载 同 时 读 取 取 最后 一 次循 环 的 力 位 移 曲 线 如 图 6 图7 所
一 , 、
。
,
圈
6
板赞 刚 度 试验 示意 图
为探 寻
优 化 板簧 结构 提供 数据 支持
2
板簧结构分 析
板 簧 结 构 为 典型 的 渐变 刚 度 钢 板 弹 簧 结 构 ( 如 图 1 所 示 )