复合材料板簧的优化设计及有限元分析

摘要

为了适应汽车节能、降低油耗的发展方向，国内外在汽车板簧发展方面紧紧围绕轻量化，提高驾驶的舒适性，稳定性及耐用性进行了大量的研究。由于先进复合材料具有重量轻、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、可设计性强、易于加工等优点，使其在汽车工业上的应用有着广阔的前景。复合材料在合理地满足刚度和强度的前提下代替钢制件，可减重70％左右，使用中可节省燃油，提高使用寿命和安全性。
　　因此，针对我国汽车钢板弹簧使用状况，结合当今复合材料的发展与使用，本文对带有主副簧结构钢板弹簧的某车型进行研究，用复合材料代替钢板，建立复合材料板簧的力学模型，根据层合板理论，建立了数学模型，并以强度和刚度为约束条件，以质量最小为目标函数，利用MATLAB优化工具箱，得到了最小质量下板簧的最佳尺寸。
　　为了进行有限元分析，在CAD中建立了复合材料板簧的三维模型，然后存成适当格式导入有限元分析软件ANSYS中，对板簧预压负荷及加载时的变形、应力等方面进行研究，验证了优化结构的合理性。
　　本文所进行的研究，可以提高设计的准确性和合理性，本文的方法可为设计者提供参考和借鉴。

目录

复合材料板簧的优化设计及有限元分析

OPTIMIZE DESIGN AND FINITE ELEMENT ANALYSIS OF THE COMPOUND MATERIAL LEAF SPRING

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1板簧的发展状况

1.2.2复合材料在汽车工业中的发展状况

1.2.3汽车板簧的设计方法及国内外状况

1.3 本文研究内容

第2章 层合板理论

2.1 一般层合板的应力—应变关系

2.1.1 层合板的应变

2.1.2层合板的内力

2.1.3层合板的应力—应变关系式

2.2 本章小结

第3章 复合材料板簧的优化设计

3.1 板簧材料的选择

3.2 板簧的尺寸设计计算

3.2.1主簧的尺寸设计

3.2.2副簧的尺寸设计

3.3 板簧的优化设计

3.3.1设计变量

3.3.2目标函数

3.3.3约束方程

3.4 算例

3.5 本章小结

第4章 复合材料板簧的有限元分析

4.1 板簧的三维实体建模

4.1.1板簧总成在自由状态下的弧高及曲率半径

4.1.2板簧的三维图形及二维图

4.2 汽车板簧分析的步骤

4.2.1非线性分析注意事项

4.2.2板簧分析步骤

4.3 有限元分析结果

4.3.1装配预应力分析

4.3.2变形、应力分析

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致　谢