基于Hypermesh的板簧悬架模型建立与验证
基于HyperWorks的某重型卡车板簧支架轻量化设计
基于HyperWorks的某重型卡车板簧支架轻量化设计晏全周【摘要】文章利用有限元分析软件HyperWorks平台建立某重型卡车的前板簧支架的拓扑空间,通过拓扑优化实现板簧支架的最优化的降重方案,进而在三维设计软件CATIA中进行模型的优化设计,最后通过对优化结构的应力分析校核优化结构的合理性,实现板簧支架降重目标.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】4页(P43-46)【关键词】板簧支架;拓扑;降重;结构优化【作者】晏全周【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司重型商用车研究所,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】U469.6前言板簧支架是重型卡车连接车架与钢板弹簧的重要零部件，其承受来自钢板弹簧的复杂的作用力。
在汽车设计中板簧支架作为 A类件（最重要的零部件类），设计时对其强度有着较高的要求。
而随着近年来全国各地限超限载政策法规的出台，以及国家对整车质量与公告法规一致性的检查，车辆零部件的轻量化越来越受到主机厂以及用户的重视。
重型卡车上板簧支架在设计初期要求在满足强度的前提下减少其自身重量，以满足强度和轻量化需求。
本文以某重型轻量化牵引车板簧支架为优化设计对象，应用CAE分析软件HyperWorks平台中的OptiStuct模板，利用拓扑优化技术，模拟板簧支架受力工况，得到拓扑骨架模型，从而建立板簧支架的优化模型，根据优化结果对板簧支架进行重新设计，并对优化设计合理性进行反向有限元分析验证，在满足强度要求的同时达到减重的目标。
1、拓扑优化设计方法1.1 变密度法拓扑优化是一种根据设定载荷、约束条件以及优化目标而寻求结构材料的最合理分布的一种方法。
拓扑优化之前需进行三要素设定：设计变量、目标函数和约束条件。
对于常用的连续体结构拓扑优化，具体实施方法有均匀法、变密度法、渐进结构优化法等。
变密度法是拓扑优化设计中常用的方法，其采用材料属性描述方式，其基本思想是引入一种假想的密度可变材料，建立物理参数（例如弹性模量、泊松比、许用应力等）与材料的密度之间的关系。
基于HyperMesh的车架拓扑优化设计
基于HyperMesh的车架拓扑优化设计任启丰;王军;王浩【摘要】以轻型卡车车架为研究对象,采用HyperMesh建立车架的有限元模型,分析车架的模态,得到原始车架的刚度和模态性能数据.利用OptiStruct对车架进行拓扑优化,并对优化后的模型进行静态及动态特性分析.分析结果表明:优化后的车架结构扭转刚度提高11.5％、一阶扭转频率增大36.7％、一阶弯曲频率提升11.7％,车架总体质量基本保持不变.基于有限元方法的拓扑优化技术应用在车架设计方面是可行的,采用此项技术可以大大提高车架的整体性能.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2013(021)001【总页数】4页(P6-9)【关键词】车架;模态;频率;拓扑优化【作者】任启丰;王军;王浩【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U463.32车架一般由2根纵梁和几根横梁组成，经悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。
由于汽车大部分零部件都安装在车架上，车架承受的载荷比较复杂。
车架的强度、刚度以及动态特性直接影响整车的使用寿命、乘坐舒适性、操纵稳定性等基本性能。
本文采用UG软件建立车架模型，利用HyperMesh进行网格划分，获得车架的有限元模型［1］，并对有限元模型进行模态分析。
对比试验与理论分析结果，对模型进行拓扑优化，得到使用性能更好的车架结构。
1 模态分析1.1 模型导入与网格划分将UG建立的三维几何模型导入到HyperMesh，利用几何清理工具，对模型进行修复，产生简化的几何模型，便于网格划分［2］。
车架有限元模型采用壳单元，根据实际车架不同部位赋予单元不同的厚度，有3.0，3.2，3.5，4.0，4.5，5.0，5.5，6.0，8.0 mm 几种。
使用的钢板材料属性见表 1。
基于Hypermesh的板簧悬架模型建立与验证
基于Hypermesh的板簧悬架模型建立与验证徐论意【摘要】In the process of the frame strength analysis, leaf-spring suspension model is very important, which directly affects the accuracy of the results. In this article, the finite element model is established by the pre-processing software Hypermesh and the results are calculated by the post-processing software Msc.nastran. At the same time, the calculation results are compared with the experimental data, proved the reasonability of leaf-spring suspension model.%在车架强度分析过程中，板簧悬架模型的至关重要，其直接影响分析结果的准确性。
本文利用前处理软件Hypermesh 建立有限元模型，后处理软件 Msc.nastran计算出结果。
同时将计算结果与试验数据作对比，证明了板簧悬架模型的合理性。
【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P101-103)【关键词】车架;板簧悬架;有限元【作者】徐论意【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U463.8CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-101-03 在车架强度有限元分析过程中，板簧悬架模型至关重要，其直接关系到车架强度分析的准确性。
重型卡车板簧刚度特性仿真研究
丁培林，赵月，郭虎，韩艳辉(东风商用车技术中心，湖北 武汉 430056)摘要：采用有限元法和多体动力学分析方法，分别基于Hyperworks和Adams软件两个平台，建立重型卡车前板簧有限元模型和多体动力学模型。
首先通过对标板簧垂向刚度台架试验，验证模型的准确性；然后在此模型的基础上，分析计算板簧的扭转刚度；最后，求解板簧扭转刚度和垂向刚度的比例关系，为板簧设计和卡车的制动特性、安全性提供可靠数据。
关键词：板簧；刚度特性；仿真分析Research on Simulation Analysis Method for Rigidity Characteristics of Heavy Truck Leaf SpringsDing Peilin, Zhao Yue, Guo Hu, Han Yanhui（Dongfeng Commercial Vehicle Technology Center, Wuhan 430056, China）Abstract: This article adopts two methods, finite element method and multi body dynamic analysis method�Based on Hyperworks and Adams software platforms respectively, this article establishes a finite element model and a dynamics of multi-body system model for the front plate spring of a heavy-duty truck� Firstly, the accuracy of the model is verified through bench tests on the vertical stiffness of the benchmark plate spring� Then, based on this model, this article analyzes and calculates the torsional stiffness of the leaf spring� Finally, solve the proportional relationship between the torsional stiffness and vertical stiffness of the leaf spring, providing reliable data for the design of the leaf spring and the braking characteristics and safety of the truck�Key Words:Leaf spring; Stiffness characteristics; Simulation analysis0 引言卡车悬架的刚度特性不仅影响卡车的平顺性与舒适性，还对其在行驶中的其他工况也有很大的影响，尤其在制动工况下。
基于MotionView的板簧动力学建模及仿真研究
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作者简介：古亮（1987—），男，工程师，硕士，主要从事商用车动力学分析的工作。
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Beam 梁单元场力示意图
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sign。Free 模式适用于从已通过 U 型螺栓装配但
从上而下的定义板簧不同参数与尺寸。包括板簧
情形；Design 模式适用于从已通过 U 型螺栓装配
型与位置，设计载荷以及板簧材料与衬套刚度等。
轮廓点的情形；Pre-Assembly 模式适用于各叶片
为避免在仿真过程中叶片间发生相互侵入，
未施加载荷的板簧几何模型中提取叶片轮廓点的
簧刚度精度的降低。对于这类问题可通过微调叶
簧设计簧载重量等参数。最终完成的多片簧模型
片材料的弹性模量予以消除，使最终仿真结果与
如图 2 所示，其不仅保持了原始输入形貌，并且将
设计簧载重量添加到模型中。
实测结果保持一致性。
3
悬架系统 K&C 试验
悬架系统 K&C 特性是评价悬架系统静态性
能的重要指标。K 特性指车轮姿态及主销定位参
响。以某中巴车前悬三片簧悬架为例，选取在满
载工况时前板簧在装车状态下的几何轮廓。因板
簧布置于转向桥工字梁上方，故选择工字梁上方
的第一片簧中心位置作为板簧局部坐标系原点。
水平方向为 X 轴，向车尾为正，竖直方向为 Z 轴，
基于HyperWorks的麦弗逊悬架下控制臂的优化
基于HyperWorks的麦弗逊悬架下控制臂的优化作者：李成1 简介麦弗逊悬架在目前是大多数中小型轿车前悬架所首选的类型，对于麦弗逊悬架的下控制臂来说主要在加速、制动、过坎是承受纵向力，以及在转向是承受侧向力，对于垂向力下控制臂只是抵消前后橡胶衬套被扭转变形时的一些结构反力，垂向力主要由滑柱弹簧来承受，由于作用在控制臂上的垂向力在数量级上远小于纵向力及侧向力，所以在校核下控制臂时通常不考虑垂向力。
麦弗逊悬架的受力情况如图1所示。
图1 优化前控制臂模型图2所示为优化前的控制臂，材料为锻钢40Cr 为了保证足够的转弯半径，控制臂的结构设计空间较小，有应力集中区域如图3所示。
图2 优化前控制臂模型图3 优化前控制臂结构示意新款车型在原有车型基础之上，加宽了前轮距。
也即轮心坐标外移，其他硬点不做改动，这样控制臂多出结构优化空间，如图4比较所示。
图4 控制臂新的设计边界2 有限元模型的建立2.1 建立设计边界根据布置情况利用CAD软件建立起设计边界模型，如图5所示。
图5 新的控制臂拓扑优化边界2.2 优化前处理2.2.1 网格划分将建立的拓扑优化边界导入HyperMesh 划分网格，单元类型采用一阶四面体单元，最终网格划分情况如图6所示。
图6 划分网格2.2.2 添加材料创建出各向同性金属材料，参考手册或询问供应商得知其弹性模量及泊松比，如图7所示。
图7 添加材料2.2.3 设置属性划分优化区域及非设计区域，因为拓扑优化区域是由属性来识别的，所以通过多个属性可区分设计及非设计区域，本例中将控制臂前衬套外圈、后衬套芯轴、外球销点紧固螺栓孔设置为非设计区域，其他为设计区域，如图8所示。
图8 划分设计、非设计区域2.2.4 连接关系建立使用RBE2 单元将外球销点与三个紧固螺栓孔内壁节点连接、相同的操作将前后衬套中心点与对应节点连接。
2.2.5建立边界条件麦弗逊悬架控制臂分析时通常固定前衬套X、Y、Z三个方向平动(1、2、3)，后衬套点Y、X方向平动(2、3)，外球销点Z方向平动(1)，Loadtype 选择SPC,结果如图9所示(坐标系为整车坐标系)。
汽车钢板弹簧ＣＡＥ_仿真分析与台架试验对标研究
Journal of Mechanical Strength2023,45(4):845-849DOI :10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.012∗20211003收到初稿,20220228收到修改稿㊂ 十四五 国家重点研发计划(2022YFB2503505)资助㊂∗∗陈为欢,男,1983年生,福建泉州人,汉族,江铃汽车股份有限公司研发总院中级工程师,硕士,主要研究方向为车辆工程CAE 仿真分析及优化㊂汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究∗CAE SIMULATION ANALYSIS AND RIG TEST VALIDATIONRESEARCH OF AUTOMOBILE LEAFSPRING陈为欢∗∗㊀熊㊀伟㊀辛建伟㊀葛文韬㊀余显忠㊀周贤苏(江铃汽车股份有限公司产品开发总院,南昌330200)CHEN WeiHuan ㊀XIONG Wei ㊀XIN JianWei ㊀GE WenTao ㊀Yu XianZhong ㊀ZHOU XianSu(Jiangling Motors Co.,Ltd.,Nanchang 330200,China )摘要㊀针对新设计汽车钢板弹簧,有物理试验和计算机辅助工程(Computer Aided Engneering,CAE)仿真两种手段来评估板簧的疲劳寿命,物理试验周期长㊁费用高,CAE 仿真周期短㊁费用低㊂目的是找出一种应用CAE 仿真分析手段来有效分析预测钢板弹簧疲劳寿命的方法,从而实现缩短板簧开发周期并降低开发成本;对钢板CAE 仿真和台架试验进行了刚度及强度的对标分析,找出了能够准确模拟刚度和强度的CAE 刚强度仿真方法;在确保CAE 仿真模型能准确分析板簧刚强度的基础上,通过实测板簧材料疲劳性能曲线,基于Miner 累积损伤理论,应用不同表面修正系数对钢板弹簧进行寿命分析,并和疲劳台架试验对标进行分析,找出了一种能够较为准确评估板簧寿命的CAE 疲劳仿真分析方法㊂最终形成了一套基于CAE 分析的较为可靠的钢板弹簧疲劳寿命预测方法,该方法有效性较好,对有效预测汽车钢板弹簧的疲劳寿命具有较高的工程价值㊂关键词㊀汽车㊀钢板弹簧㊀疲劳寿命㊀台架试验对标中图分类号㊀TH16Abstract ㊀There are two methods to verify the durability characteristics of a new designed leafspring,there are physical testwhich takes more time and cost and CAE simulation which is time-saving and cost-saving.Aiming at coming up an effective CAE simulation of the leafspring life,the CAE simulation for stiffness and strength with rig test is validated.Base on the validated CAE method,with material property from test,CAE fatigue simulation is conducted with different surface treatment factor and validated with rig test to find out the best parameter for good life correlation.Finally,an effective CAE life prediction of automotive leafspring is provided,and the solution can serve as a good reference for the industry.Key words㊀Automobile ;Leafspring ;Fatigue life ;Rig test validation Corresponding author :CHEN WeiHuan ,E-mail :b 30156@ The project supported by the 14th Five Year National Key R&D Plan(No.2022YFB2503505).Manuscript received 20211003,in revised form 20220228.0㊀引言㊀㊀钢板弹簧作为汽车悬架的关键零部件,是汽车尤其是商用车悬架主流的配置之一,连接车身(车架)及车桥,工况恶劣,其疲劳寿命对整车可靠性㊁安全性具有重要的影响㊂产品开发中,对于板簧疲劳寿命的评估方法主要分为两种㊂第一种方法是物理试验,物理试验分为台架试验和道路强化试验㊂物理验证的特点是试验周期长,试验代价昂贵,代价巨大[1-6]㊂第二种方法是计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)虚拟仿真分析,该方法具有效率高㊁周期短㊁成本低等优点,但是板簧疲劳寿命的准确度评估受到板簧应力分析结果的精度㊁板簧样件表面热处理㊁喷丸等加工因素的影响巨大[7-8]㊂为了获得一种可以较为准确预测分析板簧寿命的方法,本文对板簧台架试验和CAE 仿真进行对标㊂找出可以精确模拟板簧应力响应的建模方法,以及可以较为准确评估板簧寿命的表面修正系数的参数设置方法,具体仿真及台架对标流程如图1所示㊂1㊀板簧刚强度分析与试验对标分析㊀㊀要对疲劳耐久寿命进行精确仿真分析,CAE 仿真模型需要能够对其载荷应力响应进行精确的表述,因此必须确保CAE 仿真模型能够准确地模拟板簧的刚㊀846㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图1㊀CAE 仿真与台架试验对标流程Fig.1㊀Flow chart of CAE simulation and rig test validation度及强度㊂1.1㊀板簧CAE 仿真有限元建模及分析㊀㊀板簧受力后会产生大变形及接触状态的变化,CAE 仿真分析时涉及几何非线性和接触非线性,需要很高的建模质量来确保仿真分析的收敛性㊂将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD 模型导入有限元前处理软件Hypermesh,Hypermesh 软件切换到Abaqus 模块,然后对板簧几何模型网格建模㊂由于网格的密度和精度有密切关系,网格越密,精度越高,计算量更大㊂本文以3~5mm 的六面体网格进行建模;网格阶数和计算精度有密切关系,二阶单元精度高于一阶单元精度,但由于二阶六面体单元不利于板簧接触分析的收敛,本文采用一阶六面体实体单元进行网格建模,每一片板簧在厚度方向采用四层网格㊂由于实体单元最外表面包裹一层料厚0.001mm 的壳单元可以增加表面积分点的数量,从而可以提高仿真精度[9],本文针对一阶六面体单元和一阶六面单元及其最外表面的实体单元表面包裹一层薄壳单元两种建模方式进行CAE 应力及刚度分析,然后和试验进行对标验证㊂完成建模后的有限元模型如图2所示,定义板簧材料为51CrV4㊂然后对板簧各片之间建立面对面的接触对,模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为㊂图2㊀板簧有限元模型Fig.2㊀Leafspring FEM基于板簧台架试验规范对板簧前后卷耳进行边界处理,即释放板簧长度方向的平动自由度及绕卷耳轴线方向转动自由度,约束其他自由度;在板簧座(板簧和车桥连接处)施加板簧设计的极限位移㊂由于板簧是大变形接触分析,属于几何和接触非线性的,求解器求解参数设置时,打开几何非线性选项,然后提交Abaqus 求解器求解获得板簧在弯曲变形条件下的应力分布㊂1.2㊀板簧刚度及应力台架试验㊀㊀根据板簧在垂向受载下的应力分布趋势,对板簧进行应变花贴片㊂图3为第一片板簧(含卷耳的簧片)及第三片板簧应变花贴片的效果图㊂如图4所示,将贴完应变花的板簧装配到试验台上㊂其中,板簧前㊁后卷耳T y ㊁T z ㊁R x ㊁R z 方向自由度进行约束,T x 和R y 自由度释放,T x 方向为板簧的长度方向,R y 方向为板簧卷耳绕其轴线转动方向,在板簧座施加板簧的设计允许Z 向位移为213.5mm㊂图3㊀第1片及第3片簧应变花贴片Fig.3㊀Leaf 1and leaf 3straingauging图4㊀台架试验Fig.4㊀Rig test1.3㊀仿真及台架试验结果对标分析㊀㊀首先,对刚度进行对标分析,因两种建模仿真分析方法的差异在于表面一层极薄的壳单元,不会影响整体刚度,刚度对标不加区分哪种建模方法㊂如表1所示为CAE 仿真和台架试验刚度数值比较㊂由表1可知,板簧主簧刚度仿真和测试值的误差为3.3%,复合刚度分析的误差为5.0%,因此验证了板簧有限元建模及刚度分析具有较高的可靠度,为其他分析提供了科学基础㊂表1㊀板簧刚度仿真与测试值对比Tab.1㊀Simulation and test result of leafspring stiffness测试Test CAE 仿真CAE simulation误差Error /%主簧刚度Primary stiffness /(N /mm)9093 3.3复合刚度Combined stiffness /(N /mm)1401475.0图5所示为第1片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究847㊀㊀板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0),从曲线可以判断,基于一阶六面体网格加表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异很大㊂表2所示第1片板簧为一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表2可知,仿真精度能达到90%㊂图6所示为第1片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第1片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法可以具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图5㊀第1片簧应力分布曲线Fig.5㊀Curves of leaf 1stressdistribution图6㊀第1片板簧应力分布云图Fig.6㊀Stress nephogram of leaf 1表2㊀第1片簧测试应力和仿真应力对比Tab.2㊀Comparison of leaf 1test stress and simulation stress 应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa 仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65113311230.9应变花2Gauge 2-130******** 2.6应变花3Gauge 3-23013281364-2.6应变花4Gauge 4-33012691305-2.8应变花5Gauge 5-43010651092-2.5应变花6Gauge 6-530822748.98.9应变花7Gauge 7-590425421.13.0图7所示为第3片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0)㊂从曲线可以判断,基于一阶六面体网格及其外表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异巨大㊂表3所示为第3片板簧一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表3可知,仿真精度能达到90%㊂图8所示为第3片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第3片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其外表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图7㊀第3片簧应力分布曲线Fig.7㊀Curves of leaf 3stress distribution 表3㊀第3片簧测试应力和仿真应力对比Tab.3㊀Comparison of leaf 3test stress and simulation stress应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65722737.4-2.1应变花2Gauge 2-130925954-3.1应变花3Gauge 3-23011001149-4.4应变花4Gauge 4-33011701221-4.5应变花5Gauge 5-4309801035-5.6应变花6Gauge 6-530580550.5 5.1应变花7Gauge 7-62041403.6图8㊀板簧3应力分布云图Fig.8㊀Stress nephogram of leaf 32㊀板簧台架疲劳CAE 分析及试验对标㊀㊀强度分析不足以在设计阶段对板簧疲劳寿命进行定量评估,因此,需要进行疲劳分析来对其耐久寿命进行评估㊂板簧的疲劳寿命除了和在外力作用下受到的应力水平及材料特性有关外,也和制造工艺有关㊂板簧的热处理及喷丸工艺对其寿命影响显著,本文针对不同的表面修正系数与寿命的关系进行了台架试验对标分析㊂2.1㊀钢板弹簧材料参数测试㊀㊀为了获取钢板弹簧的材料疲劳参数,对板簧坯料㊀848㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀进行取样㊂之所以是对钢板弹簧坯料而不是板簧样件进行取样测试,主要是因为板簧样件具有一定的弧度及表面热处理,会影响疲劳性能参数㊂表4所示为实测的板簧坯料材料性能参数,由表4中参数拟合获得S-N 曲线㊂表4㊀板簧材料疲劳测试参数Tab.4㊀Leafspring material fatigue parameter序号No.最大应力Max stress /MPa应力幅值Stress amplitude /MPa寿命Life /cycle 1950405513942950405873823950405760904750315192360575031516440867503151272527700292.53470788700292.52720649700292.558519710680283.553923711680283.571685412680283.552692013680283.588862114680283.576730415650270135681716650270905346176502702394278186502701635917196502707562412.2㊀台架试验㊀㊀板簧应变花贴片会影响板簧的表面组织,从而影响板簧的疲劳寿命,取新的板簧样件5件,安装于台架上(图9),进行板簧的台架疲劳寿命试验㊂板簧疲劳测试方法为:先将板簧垂向加载至板簧满载弧高,然后以满载到板簧极限行程的位移幅值做往复正弦加载分析,试验至板簧断裂为止㊂图9㊀板簧台架疲劳测试Fig.9㊀Leafspring fatigue rig test2.3㊀不同CAE 仿真设置与台架试验对标㊀㊀本文选取5组板簧样件为试验对标对象,样件来源于经过严格工艺控制的同一生产批次㊂为规避各组样件间尺寸偏差对对标精度产生影响,对每组实物样件进行点云扫描;然后基于点云逆向绘制三维CAD 模型,基于样件逆向的CAD 模型创建CAE 模型;最后进行疲劳仿真对标分析㊂疲劳分析时,不同应力状态求解方法如下:约束边界条件,板簧前后卷耳释放沿板簧长度方向的自由度及绕卷耳轴线方向自由度,其他自由度约束;在板簧座分别施加垂向位移D Z1㊁D Z2㊁D Z3,获得三个有限元模型,并基于Abaqus 求解获得三个.odb 结果文件㊂其中,D Z1为板簧从自由状态位移到板簧在整车满载静止平衡状态下位移量,D Z2为板簧从自由状态位移至板簧在整车状态下的极限位移值(限位块压缩到极限位置),D Z3=D Z1-(D Z2-D Z1)㊂该规范依据损伤等效原则[10],将试验场实测板簧垂向位移的随机信号转换成等幅值的规则谱信号[11]㊂由于钢板弹簧在垂向受载时,理论最大应力幅值位置不发生变化,为了简化试验设置,台架试验时仅等效为一种台架试验载荷进行台架试验㊂将上述三个有限元结果文件导入疲劳分析软件,模拟和试验一致的疲劳受力流程计算疲劳寿命㊂疲劳分析时需要考虑表面粗糙度疲劳分析软件,软件有Polished 和As Rolled 等类型,考虑板簧的制造过程为滚压成型,本文将表面粗糙度设置为As Rolled 类型,即滚压类型㊂由于大部分疲劳失效起源于板簧的表面,因此,工程实践中通常通过表面处理来提高板簧的疲劳寿命㊂热处理及喷丸是板簧表面处理的重要工艺,喷丸工艺通过引入表面的残余压应力来提高表面疲劳寿命㊂喷丸工艺参数对表面的残余压应力及疲劳寿命有很大的影响㊂本文为了研究某一板簧供应商的表面处理工艺过程对板簧疲劳寿命的影响,在疲劳软件中对表面处理系数(Surface Treatment Factor,STF)进行对标研究㊂疲劳仿真分析过程中,针对每个样件,分别采用1.0㊁1.1㊁1.2三个不同的表面系数进行仿真分析,仿真分析结果与试验结果如表5所示㊂由表5可知,表面处理系数对仿真疲劳寿命影响显著,表面处理系数值越大,仿真疲劳寿命越长;试验寿命值介于表面处理系数1.1与1.2所对应的仿真疲劳寿命值之间,且与表面处理系数1.1的仿真疲劳寿命值更接近;同时,考虑到试验值与仿真值之间的安全裕度,板簧仿真分析过程中,表面处理系数采用1.1能获得更高的对标精度,图10和图11所示分别为样件3台架试验结果和CAE 仿真分析结果,断裂位置仿真与试验非常接近㊂其中,五个实物样件均从宏观和微观入手进行了板簧断裂失效机理分析,宏观断口形貌见图12,可见明显的瞬断区㊁疲劳扩展区与疲劳源区,属于典型的疲劳断裂㊂对疲劳源区进行电镜扫描观察,图13所示为源区的微观形貌,未见明显冶金缺陷㊂㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究849㊀㊀表5㊀不同表面修正系数仿真结果和台架试验对标Tab.5㊀Different CAE result and rig test result疲劳寿命Fatigue life表面处理系数STF样件1Sample 1样件2Sample 2样件3Sample 3样件4Sample 4样件5Sample 51887947909898347918771098141.1103464883431190981090061257301.2136884114737151946142409154406试验Test 10909190800125106118963130205图10㊀断裂板簧台架试验Fig.10㊀Rig test of fractureleafspring图11㊀疲劳寿命CAE 仿真结果Fig.11㊀CAE simulation result of fatiguelife图12㊀试件断口宏观形貌Fig.12㊀Macro morphology of the specimenᶄsfracture图13㊀疲劳源区微观形貌Fig.13㊀Micro morphology of initialization3㊀结语㊀㊀为了找出CAE 仿真板簧疲劳寿命的有效方法,首先对板簧刚强度仿真模型进行台架试验对标,找出了能够保证仿真精度的板簧CAE 仿真建模方法;然后基于实测板簧疲劳材料参数,应用不同的表面修正系数对板簧进行疲劳寿命对标研究,找出和试验结果较吻合的CAE 仿真参数设置㊂得出了以下结论:1)板簧基于3~5mm 一阶六面体单元进行建模,无法获得精确的强度分析结果;基于一阶六面体单元包裹壳单元(0.001mm 厚)进行建模,刚强度分析结果和台架试验对标良好,模型可以用于疲劳寿命仿真分析㊂2)板簧疲劳仿真分析中,板簧的表面修正系数对疲劳仿真结果影响很大,本文所研究板簧厂的板簧表面修正系数取1.1能和台架试验良好对标㊂3)该板簧CAE 仿真分析及对标具有较大的工程价值㊂参考文献(References )[1]㊀MEHMET B,BASARAN O,CANER D.Correlation of simulation testbench and rough road testing in terms of strength and fatigue life of a leaf spring [C]ʊ2017Procedia Engineering,2018(213):303-312.[2]㊀AHMET K,MURATHAN S,TOLGA E,et al.Parabolic leaf springoptimization and fatigue strength evaluation on the base of road load data,endurance rig test and non linear finite element analysis [R].SAE Technical Paper,2011:2011-01-0438.[3]㊀顾永梁.少片钢板弹簧的结构设计与疲劳寿命计算[D].长沙:湖南大学,2012:4-8.GU YongLiang.Taper leafspring structure design and fatigue life calculation [D ].Changsha:Hunan University,2012:4-8(In Chinese).[4]㊀KONG Y S,OMAR M Z,CHUA L B,et al.Fatigue life prediction ofparabolic leaf spring under various road conditions[J].EngineeringFailure Analysis,2014(46):92-103.[5]㊀MEHMET B,MURAT S,SERTER prehensive durabilityassessment of leaf springs with CAE methods [R].SAE Technical Paper,2014:2014-01-2297.[6]㊀MURATHAN S,NILAY G,MUSTAFA K,et al.Parabolic leaf springfatigue life based on road load data,endurance rig test and wind up evaluations [R].SAE Technical Paper,2012:2012-01-0227.[7]㊀TAKAHASHI K,AMANO T,ANDO K,et al.Improvement of fatiguelimit by shot peening for high-strength steel containing a crack-like surface defect[J].International Journal of Structural Integrity,2011(2):281-292.[8]㊀MIAO H Y,DEMERS D,LAROSE S,et al.Experimental study ofshot peening and stress peen forming [J ].Journal of MaterialsProcessing Technology,2010(210):2089-2102.[9]㊀KONG Y S,ABDULLAH S,OMAR M Z.Failure assessment of a leafspring eye design under various load cases [J].Engineering FailureAnalysis,2016(63):146-159.[10]㊀葛文韬,龚春辉,刘㊀洲,等.基于实测载荷谱的板簧衬套载荷谱提取及台架疲劳试验[J].机械强度,2020,42(1):43-49.GE WenTao,GONG ChunHui,LIU Zhou,et al.Bush load extraction based on road load and rig test[J].Journal of Mechanical Strength,2020,42(1):43-49(In Chinese).[11]㊀朱剑峰,张君媛,陈潇凯,等.汽车控制臂台架疲劳试验载荷块编制[J].吉林大学学报(工学版),2017,47(5):1367-1372.ZHU JianFeng,ZHANG JunYuan,CHEN XiaoKai,et al.Automotive control arm fatigue rig test load block construction [J].Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition ),2017,47(5):1367-1372(In Chinese).。
基于参数化的钢板弹簧悬架系统运动仿真
10.16638/ki.1671-7988.2019.13.037基于参数化的钢板弹簧悬架系统运动仿真周荣炜（厦门金龙旅行车有限公司，福建厦门361006）摘要：文章基于“参数化设计”、“SAE圆弧法”，快速、准确、直观地模拟了多片簧钢板弹簧悬架系统的运动情况。
对减振器、传动轴、稳定杆、吊耳等悬架零部件的设计及悬架系统的运动仿真，提供了便捷的途径。
关键词：参数化；SAE圆弧法；钢板弹簧悬架系统；运动仿真中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)13-106-04Motion simulation of leaf spring suspension system based on ParameterizationZhou Rongwei（Xiamen golden dragon bus Co. LTD, Fujian Xiamen 361006）Abstract:Based on "parametric design" and "SAE circular arc method", this paper rapidly, accurately and intuitively simulates the motion of multi-leaf spring leaf spring suspension system. It provides a convenient way for the design of shock absorber, transmission shaft, stabilizer rod, suspension lug and other suspension parts and the motion simulation of suspension system.Keywords: parameterization; SAE arc method; leaf spring suspension system; motion simulationCLC NO.: U463.33 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-106-04前言在非独立悬架系统中，钢板弹簧悬架应用非常广泛。
悬架整车性能Hypermesh有限元分析仿真试验指导书1
悬架整车性能Hypermesh有限元分析仿真试验指导书吉林大学汽车实验室编写：李静2013年10月一、实验目的(1)掌握应用有限元仿真方法分析悬架零部件的方法。
(2)了解有限元的基本思想，通过转向节强度分析实验，掌握有限元分析基本步骤。
(3)熟悉HyperMesh软件的面板，掌握HyperMesh10.0菜单布局结构，学习使用各类菜单操作。
二、实验用仪器设备及软件HyperMesh10.0能完成Hypermesh建模及计算的笔记本电脑或台式机。
三、操作步骤1．打开hypermesh,在User Profiles 窗口选择Nastran选项图1 选择求解器2．导入模型,如图2所示,三中方式任选其一:a.File >Openb.File >Importc.单击工具栏上的Import按钮单击主菜单栏上方工具栏的按钮,使模型以带表面和边框的形式显示(图3):图2 导入CAD模型图3 改变显示方式3．删除实体单击快捷键F2(删除),出现如图4所示面板,单击左上角的倒三角符号,在出现的面板图4 删除面板中选择solids, 若当前面板没有solids选项,则单击左右换页键如图5所示:图5 选择实体接下来左键单击黄色的solids选框,出现如图6所示面板,选择all或者displayed,这时整个实体模型被选中,单击主面板右上角delete entity按钮,删除实体。
图6 选中全部实体4．几何清理单击快捷键F11(快速几何编辑)，出现如图7所示快速编辑面板，使用相关功能对转向节进行快速清理编辑，如添加、删除点，合并边，压缩边等，编辑完成后点击return。
图7快速几何编辑面板清除倒角选择Geom页面菜单，在Geom面板上选择defeature，出现如图8所示面板，选择surf fillets，将min radius改为0.1，max radius改为3，单击find，出现如图9所示面板，图8 defeature面板单击surfs选框，确保其出于选中状态（高亮），然后再单击转向节上需要去除的倒角面，再点击remove如图10所示图9 倒角清除面板消除前消除后图10 消除倒角自动清理在页面菜单栏,单击Geom,进入Geom面板,单击autocleanup,如图11所示图10 选择autocleanup在autocleanup面板(如图12),单击surfs选框,在他不出的面板中选择all,单击Topology cleanup parameters下方切换按钮,切换成use current parameters,单击edit parameters,出现parameters File Editor 面板,将Target element size设置为3(如图13),单击OK返回autocleanup面板图12 autocleanup面板图13 parameters File Editor单击Elements quality criteria下方切换按钮,切换成use current criteria,单击edit criteria(如图12),出现Criteria File Editor面板,将Target element size设置为3,Min Size设置为1, Max Size 设置为6(如图14), 单击OK返回autocleanup面板,单击右上角autocleanup进行自动清理。
基于adams与hyperworks发动机前悬置支架的强度分析
10.16638/ki.1671-7988.2020.03.029基于ADAMS与HyperWorks发动机前悬置支架的强度分析陈太荣，尤国贵，李瞳，严磊（徐州徐工汽车制造有限公司，江苏徐州221100）摘要：利用Hypermesh生成发动机前悬置上支架的柔性体文件，在ADAMS中建立发动机前悬置的刚柔耦合的多体动力学模型，并输出载荷。
运用惯性释放法分别研究了在垂直冲击、转弯、制动、倒车四种工况下前悬置上支架的强度，验证前悬置支架是否满足强度设计要求以及方案的可行性，对新产品的设计和开发有一定的指导作用。
关键词：强度分析；惯性释放法；前悬置支架中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)03-96-04Strength Analysis of the Engine Front Suspension Bracket Basedon ADAMS and HyperWorksChen Tairong, You Guogui, Li Tong, Yan Lei( Xuzhou Xu Gong Automobile Manufacturing Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou 221100 )Abstract:Using Hypermesh to generate the flexible body file of the front mount bracket of engine. A multi-body dynamic model for the rigid -flexible coupling of the front mount bracket of engine was created in ADAMS. Output loads of ADAMS. In this paper, the strength of the front mount bracket is studied by the inertial releasing method in the vertical impact, turning, braking, astern working conditions. Verify whether the front mount bracket meets the design requirements and test the feasibility of the scheme. The paper has some guidance for the design and developments of new products.Keywords: Strength analysis; Inertial releasing method; Front mounting bracketCLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)03-96-04引言在汽车的研发过程中，汽车的噪声与振动控制是必须考虑的重要问题之一。
基于HyperMesh的某乘用车发动机悬置支架轻量化设计
10.16638/ki.1671-7988.2016.12.037基于HyperMesh的某乘用车发动机悬置支架轻量化设计张永康，廖武，梁林，李龙晶，苗文杰（安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：文章利用有限元分析软件HyperMesh建立某乘用车发动机悬置支架的CAE模型，通过模拟整车工况对其进行受力分析，根据应力云图分布情况设计悬置支架的最优化降重方案。
结合三维设计软件CATIA对悬置支架的三维模型进行结构优化，最后对优化结构再行应力分析校核，确保优化结构的合理性，以实现降重目标。
关键词：悬置支架；应力分析；结构优化；降重中图分类号：U463.82 文献标识码：A 文章编号：1671-7988 (2016)12-110-03The Lightweight Design of A Passenger Car Engine Mount Bracket Based on HyperMesh Zhang Yongkang, Liao Wu, Liang Lin, Li Longjing, Miao Wenjie( Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601 )Abstract: This paper by using the finite element analysis software HyperMesh to establish the CAE model of a passenger car engine mount bracket, and performed stress analysis of it under the vehicle condition. According to the distribution of the stress nephogram, formulate an optimization scheme to reduce the weight of the bracket, then optimize the structure of the 3D model by CATIA. Finally recheck the reliability of the optimized structure of the new bracket, to verify the rationality of the scheme, and realize lightweight design.Keywords: mount bracket; stress analysis; structure optimization; weight reductionCLC NO.: U463.82 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)12-110-03引言发动机悬置支架是乘用车连接发动机和悬置总成的重要零部件，其承受来自动力总成的复杂的力和力矩。
基于HyperWorks的车辆板簧支架优化设计
基于HyperWorks的车辆板簧支架优化设计
张克鹏
【期刊名称】《专用汽车》
【年(卷),期】2014(000)002
【摘要】利用有限元软件HyperWorks中的solidThinking Inspire工具建立了车辆板簧支架的拓扑空间,之后进行了工况载荷的定义,最后将质量目标定义为20％,得到整个拓扑概念模型,进而在三维设计软件中进行详细结构设计,最后进行有限元强度验证,让整个产品开发实现由功能向性能的跨越.
【总页数】4页(P74-77)
【作者】张克鹏
【作者单位】陕西重型汽车有限公司陕西西安710200
【正文语种】中文
【中图分类】U469.6.03
【相关文献】
1.基于 HyperWorks 的板簧支架有限元分析 [J], 刘娟;匡兵;段君伟;杨雪康;罗贤
2.基于HyperWorks的某重卡前簧支架可靠性优化设计 [J], 刘崑
3.基于HyperWorks的某重型卡车板簧支架轻量化设计 [J], 晏全周
4.基于HyperWorks的重型车辆平衡轴支座优化设计 [J], 李博韬; 张克鹏
5.基于Hyperworks的重卡气室支架结构优化设计研究 [J], 干慧
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113_某车钢板弹簧的刚度分析_陆志成
某车钢板弹簧刚度分析陆志成 夏汤忠 王萍萍 刘文华 刘盼 袁志（神龙汽车有限公司技术中心整车部 武汉430056）摘 要：本文应用CAE 分析技术，分析某车后钢板弹簧的刚度。
采用HyperMesh 进行前处理，分别用C3D4、C3D8、C3D20及S4四种单元结构对板簧进行静力学分析。
对比分析四种结构形式的差异，为后续板簧分析提供参考。
关键词： 钢板弹簧 HyperMesh 刚度 强度 静应力1 钢板弹簧几何模型建立钢板弹簧自由状态主簧的长度1000mm ，通过惯性矩及各板片厚度，利用作图法（图1），求出各板片长度。
作图法是基于实际钢板弹簧各叶片的展开图接近梯形梁这一原则来确定各片长度。
先将各叶片厚度的立方值按同一比例尺沿纵坐标出，再沿横坐标给出主簧长度和副簧长度之半，展开图，AB 线与各叶片上侧边的交点即决定了各片长度。
图1 确定板片长度的作图法 由于各板厚度相等，各板片相差3nm l l −=67,各板片有效长度之半：1l =500，2l =430，3l =360，4l =300。
根据该数据建立钢板弹簧完全自由状态的模型如下图所示（图2）。
图22 单元类型选择对某一片钢板弹簧分别采用四面体、8节点六面体、20节点六面体及壳进行离散分析，比较其差异。
结果如下图所示（图3）。
图3 变形云图 单元类型四面体单元 8节点六面体单元 20节点六面体单元 壳单元 变形/mm 0.7556 2.4423.526 3.526 四种单元类型中，四面体最刚硬，20节点六面体单元与壳变形量相同，为了能更好的模拟钢板弹簧，后续钢板弹簧将采用20节点六面体单元进行离散分析。
3 六面体单元厚度方向单元数选择对某片钢板弹簧采用20节点六面体单元进行离散，厚度方向上分别采用两层、三层、四层和五层进行离散分析，比较其差异。
结果如下图所示（图4）。
图4 层数2 3 4 5 变形/mm3.524 3.626 3.527 3.527 应力/MPa 53.18 71.66 80.72 86.4上述结果表明，随着层数的增加，变形、应力及运算时间逐渐增加。
基于hypermesh的某轻卡车架模态分析
车辆工程技术29车辆技术1 引言 随着物质生活水平的提高，用户不仅对轻型载货汽车的安全性有了更高的要求，还对整车的舒适性有着更高的追求。
车架作为整车重要的承载件，如果其固有频率和其他外部激励源的固有频率接近势必会导致共振现象的产生。
共振现象发生时，轻则整车发生抖动影响驾驶人员的舒适性，重则导致车架严重变形开裂，危机车辆和人员安全。
车架模态分析必然成为轻型载货汽车设计过程中的重要关注点，也是提升车辆安全性的有效举措。
目前车架模态分析主要有试验和有限元分析两种手段。
吴钟鸣[1]针对电动车车架运用有限元刚度和模态分析优化了车架截面和车架的体积并对车架完成了轻量化。
吴凯佳[2]利用有限元分析了工程车辆车架的静态特性和固有频率，并基于分析结果优化了车架尺寸，提高了车架的低阶模态频率。
张增年[3]分析了固压设备车架结构的前12阶自由模态确认车架满足设计要求。
基于此，首先通过UG完成车架的三维建模并导出IGS格式零部件，然后利用Batchermesh模块实现零部件的网格自动划分，最后通过Optistrcut模块完成车架的模态分析。
有限元分析结果表明车架的低阶固有频率避开了激励源的重合点满足设计要求，为后期设计分析提供了参考。
2 车架模态仿真分析流程 （1）从UG中完成车架三维建模，删除不必要的小的零部件，保留车架主要零部件参与分析。
车架中各零部件按照图号命名后逐一导出为IGS格式。
（2）将上一步导出的IGS数据导入至Batchmesher，设置Meshtype为10mm,Pre-Geom Load、Pre-Mesh、Post-Mesh为nastran_ mesh，提交即可完成所有零部件自动网格划分。
（3）将划分好网格的hm格式文件导入至HYPERMESH，对不同零部件进行分别命名，然后调整零部件的颜色，便于后期操作时区分。
（4）利用qualityindex对二维单元网格进行检查，利用element optimize等命令进行优化，确保没有红色网格，黄色网格尽量消除，Comp.QI尽可能接近于0即可。
基于Hypermesh的中型货车车架有限元分析与优化
H yp e rm e sh中具有几何型面的网格自动化分模 块 ,导入曲面数据时 ,有时存在缝隙 、重叠 、错位等缺 陷 ,边界错位经常引起网格扭曲 ,导致单元质量不 高 ,求解精度差 。因此 ,分析之前的几何清理 ,变得 十分重要 ,它决定分析能否进行 ,影响分析的效率和 精确度 。通过消除错位和小孔 ,压缩相邻曲面之间 的边界 ,消除不必要的细节 ,就能够提高整个划分网 格的速度和质量 ,提高计算精度 。
Truck Fram e Ba sed on Hypermesh
ZHO NG Pe i - si, X IN J i - guang, L IU Feng - jing, L IU M e i (Advanced M anufacturing Technology Center, Shandong University of Science and Technology, Q ingdao 266510, China)
0 引言 载重货车车架 ,作为货车各大总成的载体 ,是
重要的受力部件 。车架工作时要承受扭转 、弯曲等 多种载荷产生的弯矩和剪切力 ,设计中足够的强度 、 足够的抗弯刚度和合适的扭转刚度分析是至关重要 的 。在现实应用过程中 ,经常会出现车架强度和刚 度不足导致的疲劳破坏和断裂 。
Hypermesh是一个高效的有限元前后处理器 , 能够建立各种复杂的有限元和有限差分模型 ,与多 种 CAD 和 CAE软件有良好的接口并具有高效的网 格划分功能 。 Hypermesh 环境下的结构静力分析 , 用来计算在固定不变的载荷作用下的响应 ,即由于 稳态外载引起的系统或部件的位移 、应力 、应变和力 等 。利用 Hypermesh的前后处理 ,对中型货车的车 架进行有限元分析 ,并对车架不合理部位进行优化 。 1 车架模型建立与 Hypermesh处理
基于RADIOSS的载重汽车复合悬架力学特性有限元分析_庞辉
基于RADIOSS的复合悬架力学特性分析庞辉1,2祝小元21．陕西汽车集团有限责任公司，陕西西安 710200；2．陕西西安 710072摘要：针对载重汽车对承载性、平顺性以及可靠性等多方面的要求，提出一种以橡胶弹簧和钢板弹簧共同作用提供弹性力的复合悬架。
在HyperMesh中建立复合悬架的有限元模型，并利用RADIOSS对其力学特性进行分析。
通过仿真得到复合悬架的应力分布云图以及刚度特性曲线，为复合悬架的设计提供了参考依据以及实现思路。
关键词：载重汽车；复合悬架；有限元；RADIOSS0前言载重汽车用悬架一般都具有非线性和渐变刚度的特点，以使整车在不同载荷状态下保持稳定和良好的行驶平顺性，同时具备良好的承载能力。
传统的可变刚度悬架结构常采用主副钢板弹簧形式，因其结构简单，制造相对容易，维修方便，工艺成熟，可靠性高等优点得到了广泛的应用。
但是作为钢板弹簧悬架依然无法为载重车提高令人满意的平顺性和舒适性能，并且质量偏大，无法适应重卡轻量化的发展。
橡胶悬架因为采用橡胶弹簧作为弹性元件，相比传统钢板弹簧悬架质量轻，具有更优越的变刚度特性，而且在承载能力和可靠性发面也更有优势。
但是由于在工艺和技术方面还不成熟，加上购买与维修费用较高，目前国内应用不是很广泛。
文中将橡胶弹簧和钢板弹簧进行组合形成复合悬架，并进行有限元分析，以充分发挥两种悬架各自的优势，得到最佳的使用性能。
1 复合悬架有限元建模1.1 三维模型的建立在PRO/E中建立复合悬架的三维模型，与传统的钢板弹簧不同，复合悬架上层的钢板弹簧没有卷耳结构，由12块钢板堆叠而成，从下至上钢板的参数如表1所示，图1为钢板弹簧的三维模型。
板簧号板簧长度(mm 板簧厚度(mm 簧主层中具有对侧耐反道路螺栓1.2结构为保8~1和夹层保数量复合簧1 簧度m)1620 簧度m)26橡胶弹簧是主体为立方形中加设夹层钢有很大的垂向侧移大大减少反复载荷疲劳路条件下，悬栓与钢板弹簧 划分网格将复合悬架构，采用梁单元保证计算结果0mm ，采用对于橡胶悬夹层钢板分层保持节点连续量以利于计算合式橡胶悬架 2 3 1520 15218 18是由橡胶和夹形结构，上下钢板，当弹簧承向承载能力和少，使其具有较劳的能力。
三轮汽车钢板弹簧的建模及仿真
联系人：##五征集团三轮研究所 X先航信箱：wz_zxh1806163.地址：##省五莲县长青路23号五征集团三轮研究所〔：262300〕三轮汽车钢板弹簧的建模与仿真X先航、王水焕、李建峰、丁友鹏、王善波〔##五征集团##，262300〕摘要在整车仿真分析中，钢板弹簧模型的建立一直是个难点，对于三轮汽车的整车仿真来说更是如此。
为了建立比拟准确的钢板弹簧模型，本文根据三轮汽车钢板弹簧的结构与受载特点, 以多柔体系统动力学理论为根底, 利用UG、Hyperworks与Adams建立了钢板弹簧的多柔体模型, 并对其特性进展了仿真研究，然后将仿真结果与试验结果进展比照，验证了模型的正确性。
关键词：三轮汽车，钢板弹簧，UG，Hyperworks，ADAMS1 概述三轮汽车分为带传动与轴传动两类，由于轴传动三轮汽车的钢板弹簧与汽车的一致，并且关于汽车钢板弹簧的多刚体、多柔体建模在一些文献中多有论述，所以本文不再赘述。
本文只对带传动三轮汽车的钢板弹簧进展分析，后文提与的三轮汽车专指带传动三轮汽车。
三轮汽车后悬架大都采用纵置对称多片钢板弹簧式后悬架，它通过转套与车架相连，所以三轮汽车钢板弹簧不传递纵向力，不能起到导向作用，它只起到缓冲与减振的作用。
在整车仿真分析中，钢板弹簧模型的建立一直是个难点，在一些精度要求不高的分析中，多用三连杆机构进展模拟，但由于其精度不是太高，并且对具有副簧的钢板弹簧很难模拟，所以为了提高三轮汽车的整车仿真精度，本文尝试采用UG、Hyperworks与Adams结合，建立多片钢板弹簧的柔体模型，在Adams中进展仿真，并将结果与测试结果相比照，验证模型的正确性。
2 建模2.1 在UG中建立钢板弹簧的三维模型为了得到准确的结果，本文利用专业的三维CAD软件UGNX4.0建立了某钢板弹簧的三维模型，建模过程从略。
建立后的钢板弹簧三维模型如图1 所示：图1 钢板弹簧三维模型图2.2 将三维模型导入到Hypermesh在UG中，将该钢板弹簧三维模型导出为Parasolid〔*.x_t〕格式,在Hypermesh中,利用接口程序将该钢板弹簧模型导入到Hypermesh中,导入后的模型如图2 所示:图2 钢板弹簧在Hypermesh中的模型2.3 在Hypermesh中建立钢板弹簧的有限元模型Hypermesh是一个高性能的有限元前、后处理器，让用户在交互与可视化的环境下验证各种设计条件，并且可以方便的划分出高质量的网格。
基于Hypermesh的轻型专用车车架强度分析
□文/吴 昊 王孟志 王加明 米士彬 (中国重汽集团汽车研究总院)引言专用汽车使用工况复杂，专用车车架作为底盘、上装的承载基体，承受自身及外部载荷产生的弯矩和扭矩、激励。
由于专用车特殊需求，车架需要进行相应改装。
通过对车架进行强度与模态分析，计算车架强度以及固有频率，分析车架结构设计是否合理显得尤为重要。
1 车架有限元模型本文通过在Creo建立车架三维数模，将车架数模以Step格式导入HyperMesh进行网格划分、赋予材料属性、建立连接、施加载荷及边界条件，采用optistrcut进行分析。
1.1 车架三维模型建立在Creo建立车架三维数模时，为保证有限元分析加载位置准确，同时建立驾驶室前后悬置支架、发动机前悬置支架、悬架支座等三维数模。
图1 车架三维模型1.2 车架有限元模型建立在HyperMesh对车架几何模型进行几何清理、抽中面，并抽中面之后几何模型进行二维网格划分，尽量减少三角形单元数量。
对于驾驶室悬置支架、发动机悬置支架、悬架支座先进行二维面网格划分，通过表面二维网格生成三维体网格。
有限元模型中车架采用shell单元模拟，赋予各部分相应厚度。
悬置支架、悬架支座采用solid单元。
螺栓、铆钉采用bolt单元模拟，根据直径选择相应属性。
板簧通过等刚度变换，选择合适的几何尺寸，并通过beam单元模拟。
板簧与悬架建立连接模拟hinge，副簧与限位支架之间选择gap单元建立连接。
车桥及轮胎部分采用beam单元模拟，车架材料及属性参见表1。
表1 车架材料及属性有限元模型中各质量采用mass单元模拟，分别作用于各部分质心，通过rbe3单元建立质心点与固定点柔性连接，车架有限元模型参见图2。
图2 车架有限元模型2 车架强度分析在车辆使用过程中，车架会受到扭转、弯曲、侧向力等载荷。
通过分析，典型工况主要有弯曲、弯扭、制动、转向等，强度分析边界条件见表2。
表2 强度分析边界条件车架主要承载包括驾驶室500kg、动力总成504.7kg、上装及货物6000kg、油箱102.5kg、蓄电池62.7kg等。
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１ 、轻 型卡车底 盘的选取及加载试验
轻 型 卡 ‘ 股 为 两轴 结构 ，具 有 前 怂 架 和 后 怂 架 。 由 Ｊ
件建 有限 ＿ 冗模 利计算，刈 比分析结果与试 验数 的吻合 轻
群 度 ， 为 以后 架 强 度 分 析 提 供 参考 。 分析流程如 卜 ：
牟 部及 中部承受 驾驶室 、驾驶 贝、剐铝驶 员、发动
Ｉ Ｊ ｑ 边 形 网格 数
按 １ 模型对车架进行逐渐逐级加载： 载荷罱从 １ ０ ０ ０ Ｋ ｇ 开使 ， 增 量 为 ２ ０ ０ ｋ ｇ ，每次 Ｊ Ｊ ｕ 载 后 进 行 释 放 线 倚 ，记 录 尾 梁 离 地 高 度 ， 直 至 加 载 到 尼 梁 能 恢 复 刮 加 载 前 的 高度 为止 ， 说 明此 时 车 架 已发 生 塑 性 变 彤 ， 明 性 变 形 位 置 见 ２ 。
轻 型卡车底盘的后 悬架具体的连接 方式 为，板 簧前端
定 午 架 的板 簧 定 支 架 Ｌ，板 簧 后 端通 过板 簧 吊 耳 与 车架 ｆ 的 极 簧 吊耳 支架 连 接 。为 研 究 方 便 ，在 板 簧 前 后 安 装 点
Ｉ ＧＥ Ｓ格式导 人效果较好 ，故将模型转换 为 Ｉ ＧＥ Ｓ格式。采辟 』 点来模拟 ，并通过 ｒ ｂ ｅ ２将该 点与 架 ｌ ： 相应的铆接孔连接 。 Ｈｙ ｐ ｅ ｒ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 中的 Ｂ ａ ｔ ｃ ｈ Ｍｅ ｓ ｈ ｅ ｒ 对Ｉ ＧＥ Ｓ文件进行中性面抽取 将 扳 簧 简 化 成 Ｃ Ｂ Ｕ Ｓ Ｈ［ ，分 别 与 模 拟 点 连 接 。
机 、变速箱 、油箱等载何 的作 川，受力较 为复杂 ，有 限元十 ５ ｌ 犁难 以精准模拟其真 实受 力情况 。相 反，在轻型卡车 部 受
（ １ ） 选取具有便于加载 、 记 录 及 有 限 元 模 犁 建 立 的 悬 架 力情况简单很 多，特别是对于 小带货箱 的二类底盘 ，其小 受 结 构 的 轻 型 卡 底 盘 ，尽 可 能 减 少 其 他 不 明 确 的 载 荷 、 ｌ ＿ ｒ 况 多余 外 载 荷 的作 用 ，便 验 载 倚 的施 加 及确 保 影 响 因素 的 Ｉ 桂 等 崇 对 分 析 『 ｕ ｊ 题ｎ 勺 影响 ；
Ｅｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈｍｅ ｎ ｔ ａ ｎｄ ｖｅ ｒ ｉ ｉｃ ｆ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｌ ｅ ａ ｆ － ｓ ｐｒ ｉ ｎｇ ｓ ｕ ｓ ｐｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄｅ ｌ ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｈｙ ｐｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ
ＸＵ Ｌｕ ｎ ｙ ｉ （ Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ・ Ｈｕ ａ ｉ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｂ ｉ ｌ ｅ Ｃｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ， Ａｎ ｈ ｕ ｉ Ｈｅ ｆ ｅ ｉ ２ ３ ０ ６ ０ １、
（ ２ ） 对 轻 型卡 底 盘 进 行 加 载 试验 ， 使其 午 ＝ 性 变 彤 ， 记录 相 关 试 验 数 据 ； ， Ｆ 架 强 度 仃 限 元 分析 过程 ｝ Ｉ ＇ 板 簧 怂 架 模 型 关 重 要 ， （ ３ ） 根据车架 Ｃ Ａ Ｄ 模 型及 约 束 条 件 通 过 Ｈｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ建
Ｉ １ ０ ０ ０ Ｉ Ｉ ２ ０ ０ ０ ０ ｌ Ｉ ５ ０ ０ ０ ｌ Ｎ 酗 ｔ Ｆ ６ ｎ ｌ １ ５ ０ 叫Ｈ ｌ １ ４ ０ ０ ０ ０ ｌ Ｉ ４ ０ ０ ０ ０ Ｉ Ｉ １ ２ ０ ０ ０ ０ ｌ ３ ｌ ０ Ｉ Ｉ． ０ ０ ∞Ｉ Ｎ
汽 测 试 验
川 技 术
２ ０ １ ５ 年 １ ｊ ｝ 』 Ｊ
２Ｏ１ ５ Ｎ０．１
ＡＵＴＯＭＯＢ Ｉ ＬＥ ＡＰＰＬＩＥＤ ＴＥＣ｝ ｛ ＮＯＬＯＧＹ
基于 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ的板簧悬架模 型建立与验证
徐 论 意
（ 安 徽 江 淮 汽 车 股 份 有 限 公 司 ， 安 徽 合肥 ２ ３ ０ ６ ０ １ ）
ｌ ０ ２
值时 ，副簧与副簧支架接 触，副簧开始起作用。为避免副簧 支架受 力对车架 强度 的影 响，本文采 Ｌ ｆ Ｊ 另一种副簧下置 （ ／ ｆ
带 副 簧 支架 ） 的 结 构 。
Ｔ 蚪ｄ 州 搿 厂 — 而
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Ｍ ｎ Ｓ Ｉ 持 Ｍ 哉Ｓ ｅ ＾ ｓ Ｒ ｎ ｌ ｍ Ｗ州， 的 ｅ Ｈ ＊Ｉ ｎ ｌ ｅ ｔ ￣Ａ 咄 ０ ｕ Ｍ ＝ ｎ Ｉ 州 ＾ ｒ ＇ ｄ ｂ 口 ｕ Ｍ ⅫＩ ｎ ｔ ｅ ． ｏ ￣ Ａ ｒ 咖Ｔ ｆ ｎ ｌ Ａ ｎ Ｔ 脯 Ｓ ｋ ｅ ｗ
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Ｋｅ ｙＷ ｏｒ ｄｓ ：ｆ ｒａ ｍ ｅ； ｌ ｅ ａ ｆ － ｓ ｐｒ ｉ ｎｇ ｓ ｕｓ ｐｅ ｎｓ ｉ ｏｎ；ｆ ｉｎｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍｅ ｎｔ
Ｃ Ｌ Ｃ ＮＯ． ： Ｕ ４ ６ ３ ． ８ Ｄｏ ｃ ｕ ｍｅ ｎ ｔ Ｃ ｏ ｄ ｅ ： Ａ Ａｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ Ｉ Ｄ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ８ ８ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ － １ ０ １ — ０ ３
『 ｆ 】 形 网格数 ＆
形 网格 比 例 错 误 网格 数 酸
Ｃｏ ｍｐ ． ＱＩ 优
１ ２ ５ ３
４ － ３ ％ ０
０ ． Ｏ ６
记录下城荷为 ｌ ８ ０ ０ Ｋ ｇ ，尾 梁 竖 直 位 移 为 ４ ７ ｍｍ。
２ ． ２ 连接 方式 处 理 ｉ 各 横 干 ｕ 纵 梁 通 过 铆 接 连 接 ．采 用 方 使 、 快捷 的 点 对点的 ｒ ｂ ｅ ２ 连接 Ｈ １ ］ ｒ ｈ ｅ ２将 网 孔 中 心 的 主节 点和 网孔 周 用 ６ 个从节点连接起来．再删 ｒ ｂ ｅ ２单 元 连 接 ｌ 下两圆孔的中心 ， 具 体 铆接 连接 模 拟 疗式 见 ４ 。
二 ！
Ｊ ａ ｜ ’ Ｃ ｈ ｏ ￣ ｄ ｄ ０ ｅ 呻 名 ｒ ｆ ｍ
１０ ６ ０ ０ Ｉ ＾ ｅ Ｉ 曲 呻ｐ 口 。 １ ｌ １ ５ Ｉ ０ ０ ０ Ｉ
！ ！
图 ３ 网格质量控 制参数
划分 格 的 午 架 模 州 什 节 点 ３ １ ０ ６ ２个． 单元 ２ ９ １ ２ ３个 ，
乓 Ｉ 】 Ｉ 】 ｑ 边彤 元 ２ ７ ８ ７ ０个。 二角形 单 ． 无 １ ２ ５ ３个， 二角形 单７
：
总单 的 比例 为 ４ ＿ ３ 。 格 质 黾 表 １ 。
表 １ 网 格 质 量 网格 质量 项 ｆ ＝ １ 值 ２ ７ ８ ７ ０
图 １ 理 论 模 型 示 意 图
其 九 接 火 系 到 乍 架 强嫂 分 析 的 准 确 性 。
种 文 献 中 ， 板 簧
● 何 限元模型 ，利用 Ｍｓ ｃ ． ｎ ａ ｓ ｒ ｔ ａ ｎ计算得 ｝ ¨ 论数据 ；
（ ４ ）对 Ｃ Ａ Ｅ分 析 结 果和 试验 数 据 进 行 对 比 分析 ，得
结论 。
悬 架 的 模 被 Ｊ 泛 使 用 ， 但 其 模 是 含 能够 与 实 际 相 符 合 ，
图 ２ 塑 性 变 形 位 置
２ 、 有 限 元 模 型 建 立
２ ． １ 网格 划 分 ２ ． ３悬架模拟
图 ４ 铆钉 连接模 拟方式
该下架为典型的边梁』 ＾ ＝ 车架 ，车架纵梁和横梁均有薄板
件 冲 乐 成 型 ，其 长 度 远 火 于 厚 度 ， 可 以采 用 壳 单 元 来 模 拟 。 车架 Ｃ Ａ Ｄ 数 模 ＵＧ Ｎ Ｘ６ ． ０ 中 建 立 ， 由于 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｗｏ ｒ ｋ ｓ埘
作者简介 ：徐论意 ，就职于江淮汽车技术中心商用车研究院 。
。
轻
午 的 后悬 架 多 为ｔ 、 削簧 的板 簧 怂架 ，何 刨簧 史
架，其特 点足 裁荷较 小时，仪 簧］ 作， 载倚达到一‘ 定
徐 论 意 ： 砖 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ的 极 簧 怂 架 模 型 缱 与 验
一
直 无 人探 讨 。
笔 者 以． 任 职 单位 的 某 款 轻 犁 卡 车 底 盘 为 研 究 对 象 进 行 实
物加载试验 ，基。 － 车架 Ｃ ＡＤ 模犁和板簧恳架相关零部件的
性 能 参 数 ， 综 介 利 Ｈ ｙ ｐ ｅ ｒ ｍｅ ｓ ｈ ，Ｍｓ ｃ ． ｎ ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ有 限 冗 分 析 软