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鋼板彈簧是汽車上承受高負荷的彈性元件，兼有導(dǎo)向的作用，具有結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，工作可靠，承載力強等優(yōu)點，被廣泛地使用在商用車和貨車上面。其結(jié)構(gòu)的好壞直接對汽車行駛的安全性有重要影響，因此，在設(shè)計過程中對板簧進行精確的計算具有重要意義。本文利用有限元分析軟件abaqus對某公司的漸變剛度鋼板彈簧進行剛度和應(yīng)力分析，并通過理論計算、剛度試驗驗證其剛度，同時用試驗驗證有限元模型的正確性。
利用三維軟件創(chuàng)建板簧總成模型，為了簡化計算得模型，建模過程中忽略了中心孔，U型夾箍，夾箍，幾何模型尺寸如表1所示。板簧采用的材料為60Si2MnA，彈性模量為2.06E5MPa，泊松比μ=0.3，屈服強度950Mpa。
考慮到板簧計算的精度，單元的大小取板簧厚度尺寸的1/2-1/3，考慮集中載荷的作用，在卷耳處網(wǎng)格進行細化，單元類型采用減縮積分單元C3D8R，采用映射體網(wǎng)格的方式對板簧和上下夾板劃分網(wǎng)格。
將各片簧與夾板的位置調(diào)整好，在相鄰兩簧片以及簧片與夾板之間建接觸對，設(shè)置相應(yīng)的接觸屬性，在切向方向是滑動的，設(shè)置摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)取的數(shù)值不要太大，太大會造成收斂問題，本文取0.15。
對于鋼板彈簧，中心螺栓和U型螺栓的模擬是板簧有限元分析的難點，在板簧相應(yīng)位置建立耦合點A、B、C、D，A為全卷耳點，B為后卷耳點，H、I分別為上下夾板中心點，將前后卷耳的內(nèi)表面分別耦合到外部點A、B，將上下夾板的面分別耦合到外部點C、D，在C、D兩點之間建立連接單元，并附上移動屬性，以實現(xiàn)中心螺栓的裝配和U螺栓的夾緊，板簧的有限元模型如圖1所示。
本文分三步模擬板簧從自由狀態(tài)到中心螺栓夾緊U型螺栓夾緊，和加緊后受到工作載荷的過程，將分析步設(shè)置成3步。第一步是實現(xiàn)板簧的裝配過程，消除自由狀態(tài)各簧片之間的間隙；第二步是模擬U型螺栓夾緊夾緊過程，消除總成的間隙；第三步是對鋼板彈簧總成進行加載，在板簧兩卷耳處施加載荷，考慮到板簧是幾何非線性，將各步幾何非線性都打開。本文加載的是上極限的極限載荷。
根據(jù)板簧實際工作模擬，得到上極限工況下應(yīng)力最大出現(xiàn)在第三片，圖2是第三片應(yīng)力云圖分布情況。從圖2可見，上極限最大應(yīng)力分布在第二簧片夾緊區(qū)域兩邊，最大等應(yīng)力894Mpa。板簧材料的最大許用應(yīng)力950MPa，遠小于板簧的許允應(yīng)力，因此在上極限工況下鋼板彈簧的強度是滿足汽車工作要求的。
漸變鋼板彈簧是一種非線性彈簧，由主簧和副簧組成，當載荷較小時僅有主簧工作，只有載荷達到一定程度后，副簧才開始參加工作，此時剛度逐漸變大，載荷繼續(xù)增加，主簧與副簧完全接觸成為一體，剛度達到最大，又呈線性，整個板簧的剛度特性成非線性，這樣有利于提供車輛行駛的舒適性。
共曲率法是目前計算板簧剛度的通用方法，假設(shè)鋼板彈簧在任何載荷下，各片簧都是無縫隙接觸，同一截面上各片簧具有共同的曲率，如果將各片展開，變成新的一片簧，用計算一片簧的剛度等效多片簧的剛度。
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