三轮汽车钢板弹簧的建模及仿真13417.docx

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1、联系人：山东五五征集团团三轮研研究所 张先先航 13556233726601 信箱箱：wzz_zxxh188061633.coom地址：山山东省五五莲县长长青路223号五五征集团团三轮研研究所（邮邮编：22623300）三轮汽车车钢板弹弹簧的建建模及仿仿真张先航、王水焕焕、李建建峰、丁丁友鹏、王善波波（山东五五征集团团有限公公司，22623300）摘 要在整车仿仿真分析析中，钢钢板弹簧簧模型的的建立一一直是个个难点，对对于三轮轮汽车的的整车仿仿真来说说更是如如此。为为了建立立比较精精确的钢钢板弹簧簧模型，本文根据三轮汽车钢板弹簧的结构及受载特点, 以多柔体系统动力学理论为基础, 利用UG、Hy

2、perworks与Adams建立了钢板弹簧的多柔体模型, 并对其特性进行了仿真研究，然后将仿真结果与试验结果进行对比，验证了模型的正确性。关键词：三轮汽汽车，钢钢板弹簧簧，UG，Hypperwworkks，ADAAMS1 概述述三轮汽车车分为带带传动与与轴传动动两类，由由于轴传传动三轮轮汽车的的钢板弹弹簧与汽汽车的一一致，并并且关于于汽车钢钢板弹簧簧的多刚刚体、多多柔体建建模在一一些文献献中多有有论述，所以本文不再赘述。本文只对带传动三轮汽车的钢板弹簧进行分析，后文提及的三轮汽车专指带传动三轮汽车。三轮汽车车后悬架架大都采用用纵置对对称多片片钢板弹弹簧式后后悬架，它通过转转套与车车架相连连，所

3、以以三轮汽汽车钢板板弹簧不不传递纵纵向力，不不能起到到导向作作用，它它只起到到缓冲与与减振的的作用。在整车仿仿真分析析中，钢钢板弹簧簧模型的的建立一一直是个个难点，在在一些精精度要求求不高的的分析中中，多用用三连杆杆机构进进行模拟拟，但由由于其精精度不是是太高，并并且对具具有副簧簧的钢板板弹簧很很难模拟拟，所以以为了提提高三轮轮汽车的的整车仿仿真精度度，本文文尝试采用用UG、Hypperwworkks与AAdamms结合合，建立立多片钢板板弹簧的的柔体模模型，在在Adaams中中进行仿仿真，并并将结果果与测试试结果相相对比，验验证模型型的正确确性。2 建模模2.1 在UGG中建立立钢板弹弹簧的

4、三三维模型型为了得到到精确的的结果，本文利用专业的三维CAD软件UGNX4.0建立了某钢板弹簧的三维模型，建模过程从略。建立后的钢板弹簧三维模型如图1 所示：图1 钢钢板弹簧簧三维模模型图2.2 将三维维模型导导入到HHypeermeesh在UG中中，将该该钢板弹弹簧三维维模型导导出为PParaasollid（*.x_t）格格式,在在Hyppermmeshh中,利利用接口口程序将将该钢板板弹簧模模型导入入到Hyyperrmessh中,导入后后的模型型如图22 所示示:图2 钢钢板弹簧簧在Hyyperrmessh中的的模型2.3 在Hyyperrmessh中建建立钢板板弹簧的的有限元元模型Hyp

5、eermeesh是是一个高高性能的的有限元元前、后后处理器器，让用用户在交交互及可可视化的的环境下下验证各各种设计计条件，并并且可以以方便的的划分出出高质量量的网格格。为了提高高计算精精度，本本文对该该钢板弹弹簧的每每一片单单独划分分网格，片片与片之之间用CCGAPPG间隙隙单元进进行连接接，来模模拟弹簧簧片间的的接触。由于板簧簧中间具具有圆孔孔，并且且不能忽忽略，如如果直接接用voolumme命令令生成三三维网格格，网格格质量不不是太好好，降低低了计算算精度。所以本本文先生生成二维维网格，然然后通过过draag命令令生成三三维网格格。2.3.1 建建立二维维网格对该钢板板弹簧的的其中一片片弹

6、簧建建立二维维网格，创建的的网格如如图3 所示示：图3 创创建的二二维网格格2.3.2 建建立三维维网格由建立得得二维网网格通过过draag命令令创建三三维网格格，生成成的三维维网格如如图4所示：图4 创创建的三三维网格格2.3.3 建建立钢板板弹簧的的三维网网格重复以上上步骤，建建立其它它弹簧片片的三维维网格，完完成后的的三维网网格如图图5所示：图5 钢钢板弹簧簧三维网网格2.3.4 建建立接触触单元本文利用用CGAAPG单单元来模模拟板簧簧片间的的接触关关系，用用riggidss单元模模拟中心心固定螺栓栓。具体体步骤如如下：1. 点击CColllecttorss，创建建pgapp道具，点点

7、击crreatte/eeditt，并按按照图66进行设设置:图6pggap道道具参数数设置2. 在在片间建建立CGGAPGG 单元元，并将将各弹簧簧片的中中心用RRBE22单元连连接。完完成后的的钢板弹弹簧模型型如图77所示：图7 钢钢板弹簧簧接触模模型2.3.5 建建立约束束1. 创创建looad colllecctorrs，此此loaad ccolllecttor为为约束，在在创建约约束的时时候使用用no carrd；2. 创创建另一一个looad colllecctorrs，此此loaad ccolllecttor定定义模态态，caard=cmssmetth，然然后点击击creeatee

8、/eddit，并并按照图图8进行编编辑：图8 模模态参数数设置3. AAnallysiisconsstraaintt，选择择最下方方板簧片片的中心心点，66个自由由度全选选，创建建约束。2.4 利用OOptiiStrructt 求解解钢板弹弹簧模态态作为世界界 CAAE 工工业流行行的大型型通用结结构有限限元分析析软件，OOptiiStrructt 是一一个快速速、精确确和稳健健的有限限元求解解器，支支持多种种线性及及非线性性分析。通过无无缝集成成在 HHypeerWoorkss 软件件中，OOptiiStrructt 为工工程师提提供了梦梦寐以求求的灵活活、快速速和先进进的功能能，这些些功能

9、包包括线性性静态分分析、特特征值求求解、屈屈曲，频频率响应应分析和和瞬态响响应分析析以及运运动学，动动力学，静静力学，准准静力学学和线性性化分析析等。OOptiiStrructt虽然不不是专业业的解决决非线性性问题的的求解器器，但可可以满足足一般的的非线性性问题的的计算要要求。所所以本文文利用OOptiiStrructt进行求求解。2.4.1 建建立载荷荷步PreffereenceesPreevioous（OpttiSttrucct），进进入OpptiSStruuct环环境。aanallysiissubbcasse，按按照图99进行设设置，CCMSMMETHH选择前前面创建建的模态态收集器器：

10、图9 设设置载荷荷步2.4.2 计计算钢板板弹簧模模态anallysiisOpttiSttrucct，选择annalyysiss，点击击OpttiSttrucct，运运算完成成后，点击HHypeerviiew，该该板簧的的一阶模模态如图图10所示：图10 钢板弹弹簧的一一阶模态态2.5 文件转转换MotiionVVieww是Hyyperrworrks系系列产品品中的一一种，MMotiionVVieww前处理理提供一一个有效效率的中中性多体体动力学学语言分分析功能能，可以以输出给给ADAAMS使使用。此此处需要要利用MMotiionVVieww程序，将OpttiSttrucct生成成的含有有柔性

11、体体的H33D文件件转化为为ADAAMS使使用的MMNF文文件。打开MootioonViiew，在在FleexToolls菜单单中选择择Fleex PPrepp命令，选择上上文生成成的H33D文件件，转换换为所需需要的MMNF文文件。2.6 在ADDAMSS中建立立钢板弹弹簧柔性性体模型型2.6.1 导导入MNNF文件件在ADAAMS/Vieew环境境中，BBuilldFleexibbleBBodiiesAdaams/Fleex，在在打开的的对话框框中，选选择上文文建立的的MNFF文件，在ADAMS/View中生产的钢板弹簧柔性体模型如图11所示：图11 钢板弹弹簧在AADAMMS中的的柔性体

12、体模型2.6.2 建立立车架的的多体模模型为了达到到仿真的的目的，需需要按照照该钢板板弹簧在在三轮汽汽车中的的实际安安装方式式，建立立其它零零部件的的多体模模型。为为了计算算方便，本本文仅建建立了与与钢板弹弹簧相关关的车架架局部模模型。建建立并导导入ADDAMSS后的模型型如图112所示：图12 导入车车架后的的多体模模型建立约束束副，完成后后的钢板板弹簧柔柔性体模模型如图图13所示示：图13 钢板弹弹簧柔性性体模型型3 仿真真分析3.1 添加运运动约束束为了更好好的模拟拟钢板弹弹簧的受受力过程程，在移移动副上上施加移移动铰，并并将参数数修改为为50*timme。3.2 建立测测量建立测量量Y

13、方向向的位移移，名称称为MAARKEER_44_diisp；建立测测量Y方方向的力力，名称称为MAARKEER_44_foorcee；3.3 运行仿仿真将时间设设置为22，sttepss设置为为1000，运行行仿真，图图14为钢钢板弹簧簧变形情情况：图14 板簧变变形情况况3.4 观察钢钢板弹簧簧载荷与与位移曲曲线以MARRKERR_4_dissp为横横坐标，以以MARRKERR_4_forrce为为纵坐标标，建立立如图115所示示的载荷荷与位移移曲线；由图可可以看出出两段曲曲线的斜斜率分别别是1774与6643，也也就是说说该钢板板弹簧的的主簧刚度度为1744N/mmm与复复合刚度度为644

14、3N/mm。图25 载荷与与位移曲曲线4 验证证模型为了验证证仿真结结果, 进行了了台架试试验。将将该钢板板弹簧固固定在压压力机上上，进行行测量，测测量结果果见表11。表1 测测量结果果负载N静载变形形mm刚度N/mm备注500002911172.4主簧刚度度3000004811625复合刚度度从上表可可以看出出仿真结结果与测测量结果果误差小小于3%，所以以仿真结结果真实实可信，也也就是说说上述方方法建立立的钢板板弹簧的的模型是是正确的的。5 结语语根据载荷荷与位移移曲线，AADAMMS可以以计算出出钢板弹弹簧的变变形量及及相应的的载荷大大小,通过仿仿真结果果, 能比比较清楚楚的了解钢钢板弹簧

15、簧的特性性情况。这样在在样品试试制出来来以前,就可较较准确地地模拟出出钢板弹弹簧特性性的台架架试验, 在设设计阶段段就可预预测其力力学性能能, 方便便进行设设计修改改。该模型的的成功建建立也为为以后的的三轮汽汽车整车车仿真创创造了条条件。参考文献献：1 郑银环环, 张仲仲甫 . 汽车车钢板弹弹簧多柔柔体建模模及仿真真研究J. 湖北北工业大大学学报报,20007,22(4):35-36.2 谢东,姜立标标，崔胜胜民，等等. AADAMMS环境境下卡车车及悬架架模板的的建立J. 佳木木斯大学学学报，220077，255（1）：7-99.3 丁开平平，周传传月，谭谭惠丰，等等.HyyperrMessh从入入门到精精通MM.北北京：科科学出版版社.220055.4 郑凯，胡胡仁喜，陈陈鹿民，等等.ADDAMSS 20005 机械设设计高级级应用实实例MM.北北京：机机械工业业出版社社.20006.5 李军，邢邢俊文，覃覃文洁，等等.ADDAMSS实例教教程MM.北北京：北北京理工工大学出出版社，2002.6 石博强强，申炎炎华，宁宁晓斌，等等.ADDAMSS 基础础与工程程范例教教程MM.北北京：中中国铁道道出版社社，20007.