有限元分析结果

3.4.2

钢板弹簧负载时有限元结果分析

钢板弹簧在受载时，尤其是超载的状况下，各片板簧应变及内部应力相比夹紧过程

又发生了变化。本研究所做板簧受载分析主要是在装配预应力分析的基础上对板簧进行

的超载状况下的受力分析。

求解后在后处理中观察总体模型受压方向变形结果如图3.22所示，从图中可以看出，

板簧的最大位移量仍为26.009mm，计算后弹簧的超载刚度为194.39MPa，与共同曲率法计算刚度值接近，验证有限元计算的可靠性。

图3.23 为多片钢板弹簧总体节点等效应变分布云图。图3.24 至3.31 分别为各片板

簧等效应变分布云图，从分析结果可以看出第1 片、第 5 片、第 6 片、第7 片应变较大，最大应变达到0.994*10-3mm，分布在主片簧的中部。此种工况下板簧的各片最大应力值

及应变值如表3.3 所示。表3.3

负载时各片应力及应变值

Table 3.3

The value of stress and strain of each leaf spring in loading state

对比表3.2 和表 3.3，我们可以看出，在超载状态下，钢板弹簧的每片的应力及应变

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根据厂家提供的数据，该钢板弹簧的屈服应力为1160Mpa，许用应力为

682MPa。从以上结果可以看出，只有静态时的应力小于其许用应力，给定路况

下的动态应力全部超过屈服应力，所以容易断裂，而且应力集中的位置都在第

二片弹簧离中心螺孔53—230mm，基本与该钢板弹簧断裂位置相符合，很好地

解释了该钢板弹簧的断裂情况。以上结果是每一种动态激励下产生最大应力时

的整个钢板弹簧的应力分布，实际上，在每一种动态激励下，钢板弹簧的应力

大小和分布都是动态变化的，第一片弹簧和第二片弹簧之间的状态也是变化的，

它们有时接触，有时不接触，是一种典型的非线性。ANSYS的非线性接触分析

正是根据实际的几何结构、材料属性、载荷和边界条件，采用几何边界条件和

力学边界条件进行接触状态的判定和迭代，故此能准确地反映其真实的应力状

态。

3．3原始情况的模态振型分析

经过有限元建模，进行模态分析，得到主簧的前三阶模态振型和自然频率

分别为：

图3—8第一片第一阶：f=23．7Hz

图3—9第二片第一阶：f232-3Hz

图3—10第一片第二阶：f=144．4Hz

图3—11

第_二片第一_=阶：f2198．4Hz

图3—1 2

第一片第三阶：f=410．3Hz

图3—1 3

第一二片第三阶：f=559．1Hz

从第一片弹簧和第二片弹簧的模态振型图和振动频率可以看出，这两片弹

簧的长度不同，而它们之间又没有任何约束，因此它们的固有频率不同，不能同步振动，第二片弹簧的自由振动频率高于第一片弹簧，在振动过程中受到来自第一片弹簧的冲击，并构成一个闭环系统，这种自激振动会增大第二片弹簧的振动，加速疲劳破坏。改变自激振动系统的循环链，即可抑制其振动，改善应力大小和分布，避免这种异常断裂。