小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计毕业论文(编辑修改稿)

小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

的总截面系数 7500][4 )(0  wW ksLFW  将上式代入 得 钢 板 弹 簧 的 平均厚 度为mmEfksLWJh c wp ][)(/2 200   再 由式 钢板弹簧的片数 n=6,宽度 b=100mm,厚度 h= 各片的长度分别 确定 为 L1=1500mm， L2=1260mm， L3=1020mm， L4=770mm，L5=550mm， L6=315mm。 由公式 来验算钢板弹簧的刚度： mmNYYaEcnk kkk/135)(61 13 1   ，与由式 c=FW/fC得到的 c=129N/mm 相比较误差为 %，符合要求。 由公式 得 g 钢 板 弹 簧 总 成 在 自 由 状 态 下 的 弧 高mmfffH ac 99)(0  ，其中 mmL ffsLsf ca ))(3( 2 。 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 mmHLR 28 408 020  汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力。 σmax 用 公式 MP aMP abhMGWll cllmG 1000][735)( )( 1 22021 1211m a x    ，所以该方案强度可靠。 设计方案二 重新选择参数 ,钢板 弹簧材料使用 55SiMnVB钢， Fw=10000N，fc=,fd=80mm，满载弧高取 fa=20mm，钢板弹簧长度 L取 1600mm。 根据公式 钢板弹簧需要的总惯性矩 430 68 44148 ])([ mmE cksLJ   根据公式 钢板弹簧的总截面系数 8000][4 )(0  wW ksLFW  上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 18 将上式代入 得 钢 板 弹 簧 的 平均厚 度为 ][)(/2 200  c wp EfksLWJh  再由式 n=6,宽度 b=120mm,厚度 h= 各片的长度分别确定为 L1=1600mm， L2=1355mm， L3=1105mm， L4=860mm，L5=565mm， L6=320mm。 由公式 来验算钢板弹簧的刚度： mmNYYaEcnk kkk/)(61 13 1   ，与由式 c=FW/fC得到的 c=116N/mm相比较误差为 5 %，符合要求。 由公式 得 g 钢 板 弹 簧 总 成 在 自 由 状 态 下 的 弧 高mmfffH ac )(0  ，其中 mmL ffsLsf ca ))(3( 2 。 钢板弹簧总成在自由状态下的曲率半径 mmHLR 28 178 020  汽车驱动时，后钢板弹簧承受的载荷最大，在它的前半段出现最大应力。 σmax 用 公式 MP aMP abhMGWll cllmG 1000][722)( )( 1 22021 1211m a x    ，所以该方案强度 也可靠。 设计 方案三 在方案三中我准备设计一个少片弹簧 ，我实地测量了一个三片的钢板弹簧， L1=1500mm,L2=1300mm,L3=1000mm,宽 b=75mm,厚 h=10mm，其 中第三块钢板是按抛物线形变化的变截面弹簧。 我将用 UG建模软件分别画出我的三个方案的模型，并用有限元分析软件 ABAQUS进行有限元分析。 上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 19 2 UG建模 UG 简介 UG (Unigraphics)是 EDS 公司推出的一套集 CAD/CAM/CAE 的于一体的三维参数化软件，具有强大的建模、分析和加工功能。 其建模技术结合了传统建模和参数化建模的优点，采用尺寸驱动技术，具有全相关的参数化功能，是一种“复合建模”工具。 应用 UG 的建模功能，设计工程师可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种复杂的零部 件模型。 根据已建立的三维零件模型， UG 的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图；也可对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析，进行设计评估和优化；同时，还可根据模型设计工装夹具、进行加工处理，直接生成数控程序，用于产品的加工。 UG 在航空航天、汽车、通用机械、工业设备、医疗器械以及其它高科技应用领域的机械设计和模具加工自动化的市场上得到了广泛的应用。 例如在辅助实体造型方面， UG 软件具有除同类软件所具备的通用功能外、还具有灵活的复合建模、细腻的动画渲染和快速的原型工具等卓越的功能，使设计者能根 据工程设计的实际情况确定最佳的建模方式，从而得到最佳的设计效果。 应用 UG 的建模功能，设计师可快速进行概念设计和详细设计，交互建立和编辑各种应用复杂的零部件模型。 根据已建立的三维零件模型， UG 的各种应用功能既可对模型进行装配操作、创建二维工程图；也可以对模型进行机构运动学、动力学分析和有限元分析，进行设计评估和优化；同时也可以根据模型设计工装夹具、进行加工处理，直接生上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 20 成数控程序，用于产品的加工。 从 开始 ,应 GM 公司车身设计要求而开发 WAVE (Whatif Alternative Value Engineering),以解决车身设计“牵一发而系全身”的难题 ,极大地减少了设计人员重复设计的浪费 ,并为缩短设计周期创造条件 ,使车身设计从原来的三年缩短到现在的十二个月。 由于 UG 软件本身的这些优势使它普遍的运用于汽车的设计过程中。 采用 WAVE技术，当某个总体参数改变后，产品会按照原来设定的控制结构、几何关联性和设计准则，自动地更新产品系统中每一个需要改变的零件，并确保产品的设计意图和整体性。 这样的更新是快速而准确的。 在设计过程中，首先根据设计任务书中的技术指标去实地测量的数据和尺寸完成一 个钢板弹簧的整体的模型， 然后再设计两种方案再建两个模型 进行比较。 新建 一 个文件命名为 leaf spring 的模型。 打开 UG后，首先进入 Modeling的模块，然后点击 Sketch 先画草图。 在草图里 用 Arc/Cricle… 根据尺寸画出钢板弹簧的侧面图的轮廓线。 （见图 ） 然后点击 Finish Sketch 推出草图模式。 图 钢板弹簧的草图 上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 21 拉伸 推出草图后点击 Extrude 对草图进行拉伸，完成钢板弹簧模型的建立（见图 ），点击保存按钮，并 点击 File的下拉式菜单中的 Export的选项 将模型以 Parasolid的格式导出，为下一步的导入有限元分析软件ABAQUS做好准备。 图 钢板弹簧的实体模型 3 有限元分析 有限元的发展趋势 “ 有限元 ” 这个名词第一次出现，到今天有限元在工程上得到广泛应用，经历了三十多年的发展历史，理论和算法都已经日趋完善。 有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决 很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。 近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途 径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 22 已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器，国防军工，船舶， 铁道，石化，能源，科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，主要表现在以下几个方面： （ 1） 增加产品和工程的可靠性； （ 2） 在产品的设计阶段发现潜在 的问题 （ 3） 经过分析计算，采用优化设计方案，降低原材料成本 （ 4） 缩短产品投向市场的时间 （ 5） 模拟试验方案，减少试验次数，从而减少试验经费 国际上早在 60年代初就开始投入大量的人力和物力开发有限元分 程析 ，但真正的 CAE软件是诞生于 70年代初期，而近 15年则是 CAE软件商品化的发展阶段， CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进 行了大幅度的改进与扩充。 这就使得目前市场上知名的 CAE软件，在功能、性能 、易用性、可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求，从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。 目前流行的 CAE分析软件主要有 NASTRAN、 ADINA 、 ANSYS、 ABAQUS、MARC、 MAGSOFT、 COSMOS等。 MSCNASTRAN软件因为和 NASA的特殊关系，在航空航天领域有着很高的地位，它以最早期的主要用于航空航天方面的线性有限元分析系统为基础，兼并了 PDA公司的 PATRAN，又在以冲击、接触为特长的 DYNA3D的基 础上组织开发了 DYTRAN。 近来又兼并了非线性分析软件 MARC,成为目前世界上规模最大的有限元分析系统。 ANSYS软件致力于耦合场的分析计算，能够进行结构、流体、热、电磁四种场的计算，已博得了世界上数千家用户的钟爱。 ADINA非线性有限元分析软件由著名的有限元专家、麻省理工学院的 ，其单一系统即可进行上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 23 结构、流体、热的耦合计算。 并同时具有隐式和显式两种时间积分算法。 由于其在非线性求解、流固耦合分析等方面的强大功能，迅速成为有限元分析软件的后起之秀，现已成为非线性分析计算的首选软件。 纵观当今国际上 CAE软件的发展情况，可以看出有限元分析方法的一些发展趋势： 与 CAD软件的无缝集成 当今有限元分析软件的一个发展趋势是与通用 CAD软件的集成使用，即在用 CAD软件完成部件和零件的造型设计后，能直接将模型传送到 CAE软件中进行有限元网格划分并进行分析计算，如果分析的结果不满足设计要求则重新进行设计和分析，直到满意为止，从而极大地提高了设计水平和效率。 为了满足工程师快捷地解决复杂工程问题的要求，许多商业化有限元分析软件都开发了和著名的 CAD软件（例如 Pro/ENGINEER、Unigraphics、 SolidEdge、 SolidWorks、 IDEAS、 Bentley和 AutoCAD等）的接口。 有些 CAE软件为了实现和 CAD软件的无缝集成而采用了 CAD的建模技术，如 ADINA软件由于采用了基于 Parasolid内核的实体建模技术，能和以 Parasolid为核心的 CAD软件（如 Unigraphics、 SolidEdge、 SolidWorks）实现真正无缝的双向数据交换。 更为强大的网格处理能力 有限元法求解问题的基本过程主要包括：分析对象的离散化、有限元求解、 计算结果的后处理三部分。 由于结构离散后的网格质量直接影响到求解时间及求解结果的正确性与否，近年来各软件开发商都加大了其在网格处理方面的投入，使网格生成的质量和效率都有了很大的提高，但在有些方面却一直没有得到改进，如对三维实体模型进行自动六面体网格划分和根据求解结果对模型进行自适应网格划分，除了个别商业软件做得较好外，大多数分析软件仍然没有此功能。 自动六面体网格划分 是指对三维上海工程技术大学毕业设计（论文） 小型货车钢板弹簧结构有限元仿真设计 24 实体模型程序能自动的划分出六面体网格单元，现在大多数软件都能采用映射、拖拉、扫略等功能生成六面体单元，但这些功能都只能对简单规则模型适 用，对于复杂的三维模型则只能采用自动四面体网格划分技术生成四面体单元。 对于四面体单元，如果不使用中间节点，在很多问题中将会产生不正确的结果，如果使用中间节点将会引起求解时间、收敛速度等方面的一系列问题，因此人们迫切的希望自动六面体网格功能的出现。 自适应性网格划分是指在现有网格基础上，根据有限元计算结果估计计算误差、重新划分网格和再计算的一个循环过程。 对于许多工程实际问题，在整个求解过程中，模型的某些区域将会产生很大的应变，引起单元畸变，从而导致求解不能进行下去或求解结果不正确，因此必须进行网格自动重划分。 自 适应网格往往是许多工程问题如裂纹扩展、薄板成形等大应变分析的必要条件。 由求解线性问题发展到求解非线性问题 随着科学技术的发展，线性理论已经远远不能满足设计的要求，许多工程问题如材料的破坏与失效、裂纹扩展等仅靠线性理论根本不能解决，必须进行非线性分析求解，例如薄板成形就要求同时考虑结构的大位移、大应变（几何非线性）和塑性（材料非线性）；而对塑料、橡胶、陶瓷、混凝土及岩土等材料进行分析或需考虑材料的塑性、蠕变效应时则必须考。