基于载荷谱分解技术的轻型汽车钢板弹簧疲劳分析及优化设计

摘要

当汽车以较高速度行驶在不平路面上时，巨大的冲击力影响着钢板弹簧的可靠性，甚至可能导致危险的发生。因此对钢板弹簧疲劳强度进行分析和预测，具有重大的意义。常规的钢板弹簧强度评估手段是基于静态载荷及动载系数修正的可靠性设计分析，该方法没有很好的反映板簧在随机路面下的载荷特征，所以不再适用。　　本文基于频域的方法，对随机路面下作用在钢板弹簧总成上载荷谱进行了求解和编制，根据名义应力法，结合板簧材料的P-S-N曲线，进行了疲劳可靠性分析和预测工作。　　首先在ANSYS中建立考虑摩擦与接触的钢板弹簧总成非线性动力学模型，并进行钢板弹簧总成刚度试验测试分析，实现对模型的参数辨识和修正。然后在ADAMS中建立包含钢板弹簧子系统细化模型的整车多体动力学建模，并根据悬架的偏频等设计指标对整车模型进行调整和修正。基于修正的整车模型，研究路面随机输入到钢板弹簧总成载荷输出点的传递特性。并结合循环工况下的路面谱，从而计算得到作用在钢板弹簧总成上的载荷谱信息。以此载荷谱作为输入，对板簧进行随机振动分析，并结合材料的S-N曲线，计算得到钢板弹簧的疲劳寿命。基于疲劳分析的结果，结合板簧实际准则和实际经验，对板簧进行优化分析。同时，通过对钢板弹簧进行强化道路试验，研究实际行驶道路输入与强化道路输入下疲劳可靠性分析之间的等效关系。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 钢板弹簧简介

1．1．1 钢板弹簧的基本作用

1．1．2 钢板弹簧的分类

1．2 本课题国内外研究现状及发展

1．2．1 少片变截面钢板弹簧研究与发展现状

1．2．2 疲劳寿命预测研究现状

1．2．3 载荷谱的研究现状

1．3 本课题的研究背景和意义

1．4 本文的主要研究内容

2 少片钢板弹簧有限元模型的建立

2．1 少片钢板弹簧有限元模型的建立

2．1．1 网格划分及单元的选择

2．1．2 模型接触的定义

2．2 少片钢板弹簧刚度试验

2．2．1 试验目的

2．2．2 试验方案

2．3 少片钢板弹簧刚度仿真分析

2．4 仿真结果与试验结果对比

2．4．1 静刚度结果对比

2．4．1 动刚度结果对比

2．5 本章小结

3 钢板弹簧载荷谱分解过程

3．1 钢板弹簧子系统模型的建立

3．2 整车模型的搭建

3．3 钢板弹簧总成输出与路面输入间传递特性的分析

3．4 循环工况路面谱的编制

3．5 钢板弹簧载荷谱的求解

3．6 本章小结

4 少片钢板弹簧的疲劳分析及优化

4．1 疲劳简介及分析流程

4．1．1 疲劳的基本概念

4．1．2 疲劳理论的发展

4．1．3 疲劳分析基本流程

4．2 少片簧疲劳寿命分析

4．2．1 钢板弹簧静力及装配预应力分析

4．2．2 随机振动分析

4．2．3 疲劳寿命计算

4．3 考虑加工工艺对疲劳的影响

4．4 钢板弹簧优化分析

4．5 本章小结

5 钢板弹簧道路强化系数的研究

5．1 强化系数的基本概念

5．2 强化路面下载荷谱的采集和编制

5．2．1 强化路面路谱的采集

5．2．2 强化路面路谱的编制

5．3 强化路面路谱的疲劳寿命仿真

5．4 强化路面与正常路面可靠性分析的等效关系

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 论文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况