变截面钢板弹簧力学分析及辊锻成形仿真分析

摘要

钢板弹簧是汽车悬架中应用最广泛的弹性元件之一。它具有工作可靠、结构简单、维修方便、成本低廉等一系列的优点。但传统的多片钢板弹簧悬架有重量较重，刚度较大，尺寸较长，不易于安装等缺点，不符合现代汽车轻量化的要求，继而少片变截面钢板弹簧应运而生。变截面钢板弹簧应力分布均匀，相比于传统多片式钢板弹簧，其具有更好的机械性能和更长的使用寿命。同时，变截面钢板弹簧的应用还有利于汽车的经济性，并可改善汽车的行驶平顺性与安全性，因此对变截面钢板弹簧的分析与研究具有着重大意义。
　　本文以某款车型为参考，确定变截面钢板弹簧的结构参数，并利用有限元方法对变截面钢板弹簧进行力学分析与辊锻成形仿真分析。
　　首先，在ABAQUS的环境下利用 Python语言编写建模脚本程序。同时，利用ABAQUS软件自带工具创建人机交互界面，对话框中可输入变截面钢板弹簧的基本尺寸、片间摩擦系数等参数并快速建立有限元模型。
　　其次，基于ABAQUS软件，在考虑到簧片之间接触问题前提下对变截面钢板弹簧进行装配仿真，并对比了预应力仿真值与选取值，分析产生误差的原因。在装配的基础上在主片簧的两端分步施加载荷至满载，分析变截面钢板弹簧载荷与变形的关系，并得出仿真刚度值。同时，得到加载时变截面钢板弹簧的应力分布，分析厚度的变化对应力分布的影响，得出厚度差是影响应力分布原因的结论。在钢板弹簧两端施加正弦周期性载荷，根据载荷与位移的变化关系得到变截面钢板弹簧的迟滞特性曲线，并得出激励振幅、激励频率、片间摩擦系数等因素对迟滞特性与等效阻尼的影响。
　　最后，利用有限元软件分析工艺条件对辊锻过程的影响，并利用宽度预压成形法建立变截面钢板弹簧辊锻成形模型，并研究了宽度预压与厚度成形过程中的应变、接触面积、轧制压力、尺寸的变化，分析了厚度成形误差，基本符合工艺要求。同时分析了宽度误差，基本符合制造精度，并分析产生宽度误差的主要原因。
　　本文对变截面钢板弹簧进行力学分析揭示了其力学性能，并验证了变截面钢板弹簧设计的合理性。通过对变截面辊锻成形的仿真，可直观观察成形过程并进行调试，对实际中的生产有着重要的指导意义。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 与本课题相关的国内外研究现状

1.3 本课题研究的目的及意义

1.4 本课题研究内容及方法

第2章 变截面钢板弹簧结构设计

2.1 变截面钢板弹簧的种类

2.2 变截面钢板弹簧长度确定

2.3 变截面钢板弹簧厚度与宽度的确定

2.4 变截面钢板弹簧弧高的确定

2.5 变截面钢板弹簧自由曲率半径的确定

2.6 变截面钢板弹簧的刚度验算

2.7 变截面钢板弹簧的强度验算

2.8 设计的变截面钢板弹簧的主要参数

2.9 本章小结

第3章 变截面钢板弹簧力学分析

3.1 变截面钢板弹簧模型的建立

3.2 变截面钢板弹簧装配分析

3.3 变截面钢板弹簧弹性特性分析

3.4 变截面钢板弹簧应力分析

3.5 变截面钢板弹簧迟滞特性与等效阻尼分析

3.6 本章小结

第4章 辊锻理论及其影响因素

4.1 咬入条件

4.2 轧制压力

4.3 辊锻过程中的前滑与后滑

4.4 辊锻过程中的横向变形

4.5 工艺参数对辊锻过程影响

4.6 本章小结

第5章 变截面钢板弹簧辊锻成形仿真分析

5.1 宽展公式的选择

5.2 辊锻成形模型的建立

5.3 辊锻成形仿真结果分析

5.4 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间获得与学位论文相关的科研成果

附录A 部分变截面钢板弹簧建模程序