聊一聊：基于Solidworks Simulation的汽车悬架弹簧有限元化的研究

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众所周知，汽车悬架弹簧剪切成力高低值直接影响弹簧的结构设计、安装方法、材料选择以及加工工艺，而有限元仿真为汽车悬架弹簧的速设计提供了准确高教的设计模式。不仅在数据方面表现良好，方州科技在市场份额上也是逐步拓进，让更多的人受益。北京方州科技有限公司成立于2016年04月19日，坐落北京市中关村石景山科技园区，地址位于北京市石景山区五一剧场南路1号院4号楼5-6，业务围绕仿真技术开发、研究创新和应用转化。https://www.fang-zone.com/

本文分析悬架弹簧在交替载荷作用下往复运动的有限元模式。悬架弹簧的寿命主要取决于弹簧钢丝截面上的剪切应力，为了速分析成型，因此，引入专业的有限元弹簧分析软件，从而得到准确的、速的设计、化方案，为悬架设计提供更有力的依据。




1汽车比较桨弹簧有限元仿真的必要性


日前，能够适应速研发新车型的设计任务，其中之一就是有限元仿真与化设计。从美国通用、克莱斯勒、福特，德国的大众以及国内的长安、吉利、奇瑞等整机厂需要供应的悬架弹簧，在技术环节都必须有有限元仿真分析这一要求，那么针对这种仿真分析，由主机厂提出技术要求，弹簧生产研究单位通过CAE分析来满足这一环节。采用有限元分析悬架弹簧不仅可以速分析不同载荷、压缩量、变形尺寸下的详细剪切应力，而且可以速准确的材料选择，预测耐久疲劳。




2两种不同类型的悬架弹簧有限元分析


21GPXX采用的有限元分析方发


按照要求增加载荷的分析。该方法的分析特点针对弹簧的上下端的类型进行直接加载处理，如果上下端的模型近乎平端，那么就将弹簧的断头按照110％的接触面施加载荷，这样测试出来的数据接近验测试数据。如图1中的加载区域显示。




图1悬架弹簧模型


验方法：


(1)载荷：载荷施加在原型端嘶的平头。如果弹簧端头为平面，则需导程座，如果两端不属于平面端，则需要定制适合的导程座进行加载分析，端头若为非平面端，增加导程座测量。如果为平面则不需要导程座，图2为平面端，则不需导程座而直接加载载荷。


(2)夹具模式：上端约束为圆周固定，下端固定采用圆周约束与下端面固定约束双约束机制。




图2悬架弹簧分析结果


　(3)分折模式：采用静态分析的方法。


(4)格精度采用高雅克比算法以及基于曲率的格器划分模式。


(5)采用光滑表面。


仿真结果：根据本悬架弹簧模型，可以明显得知，该类型弹簧的比较大应力带均处于弹簧的两侧，并且都在上表面。其次可以采用点采集数据方式获得比较大应力。


22HDXX类型弹簧采用的有限元分析方法


该系列弹簧上下端属于非平面端，而且不能直接在弹簧端头施加载荷，因此增加一个弹簧托盘模型，以便施加载荷在弹簧法向方向，分析结果如罔3、图4所示。




图3剪切应力云图




图4HDXX格化和安全系数显示


验方法：


(1)载荷：载荷施加在增加了模拟弹簧盘的上下端面。


(2)夹具模式：上端约束为圆周固定，下端固定采用圆周约束与下端面固定约束双约束机制。


(3)分析模式：采用静态分析的方法。


(4)格精度采用高雅克比算法以及基于曲率的格器划分模式。


(5)采用光滑表面。


仿真结果：


该模型可以速探测不同点的比较大剪切应力以及比较大应力带。


该模型增加了两个仿安装的托盘，为际安装应力提供了准确依据。


通过上述两种方法，可以清楚的得出，悬架弹簧的比较大应力带分布在弹簧轴线的两侧，另外通过化，比较大应力点相对转移，甚至到上限托盘区域，以致提高使用寿命。


　3采用有限元与验的验证对比方法


通过不同类型的弹簧的有限元分析后，为了验证该仿真的准确性，必须通过验验证，对悬架弹簧的仿真结果进行验数据采集。图5、图6是际采集验数据，通道分别是从磨平端到高端，首通道1（CH1），末通道24（CH24）。数据采集所用软件为7V应力测试机自带软件，所有数据全部采用四舍五入法省去小树部分。7V系列验数据采集分析系统的分辨率为1，测量范围为30000，灵敏系数215，补偿系数0。




图5HDXX悬架弹簧验模型




图6CAXX弹簧验模型


根据应力计算公式：




其中：=215是灵敏系数；G=791010是切变模量；是应变量，第5次的测试时=6116。比较大应力处的应变在通道CH20(弹簧高端首二圈位置处)，比较大应力为：=10388MP。


结果对比，通过有限元分析HDXX模型的比较大应力在上侧第2圈，剪切应力为1046MP，而验测得结果为10388MP，这个结果非常接近，图6的悬架弹簧验和分析比较终结果也是一致。由此可知有限元分析和验验证的一致性。




4结论


通过有限元仿真化模型分析，给出了不同类型的悬架的有限元仿真方法，为汽车悬架弹簧CAE分析与开发提供速高效的工作依据。


本文得出以下结论：


（1）汽车悬架弹簧是应力带分布在弹簧轴线对称的两侧。


（2）悬架弹簧的比较大应力可以通过模型化，进行比较大应力的转移，从而提供弹簧的疲劳寿命。


（3）本文首次采用SS为悬架弹簧领域开辟了速通道。