三轮汽车钢板弹簧的建模及仿真59023.docx

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1、联系人：山东五征集团三轮研究所 张先航 13562372601 信箱：wz_zxh1806地址：山东省五莲县长青路23号五征集团三轮研究所（邮编：262300）三轮汽车钢钢板弹簧簧的建模模及仿真真张先航、王王水焕、李李建峰、丁丁友鹏、王王善波（山东五征征集团有有限公司司，26623000）摘 要在整车仿真真分析中中，钢板板弹簧模模型的建建立一直直是个难难点，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、Hyperworks与Adams建立了钢板弹簧的多柔体模型, 并

2、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：三三轮汽车车，钢板板弹簧，UG，Hypperwworkks，ADAAMS1 概述三轮汽车分分为带传传动与轴轴传动两两类，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。三轮汽车后后悬架大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

3、用，它它只起到到缓冲与与减振的的作用。在整车仿真真分析中中，钢板板弹簧模模型的建建立一直直是个难难点，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、HHypeerwoorkss与Addamss结合，建建立多片片钢板弹弹簧的柔柔体模型型，在AAdamms中进进行仿真真，并将将结果与与测试结结果相对对比，验验证模型型的正确确性。2 建模2.1 在在UG中中建立钢钢板弹簧簧的三维维模型为了得到精精确的结结果，本本文利用用专业的的三维C

4、CAD软软件UGGNX44.0建建立了某钢板板弹簧的的三维模模型，建建模过程程从略。建建立后的的钢板弹弹簧三维维模型如如图1 所示：图1 钢板板弹簧三三维模型型图2.2 将将三维模模型导入入到Hyyperrmessh在UG中，将将该钢板板弹簧三三维模型型导出为为Parrasoolidd（*.x_tt）格式式,在HHypeermeesh中中,利用用接口程程序将该该钢板弹弹簧模型型导入到到Hyppermmeshh中,导导入后的的模型如如图2 所示:图2 钢板板弹簧在在Hyppermmeshh中的模模型2.3 在在Hyppermmeshh中建立立钢板弹弹簧的有有限元模模型Hyperrmessh是一一

5、个高性性能的有有限元前前、后处处理器，让让用户在在交互及及可视化化的环境境下验证证各种设设计条件件，并且且可以方方便的划划分出高高质量的的网格。为了提高计计算精度度，本文文对该钢钢板弹簧簧的每一一片单独独划分网网格，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。由于板簧中中间具有有圆孔，并并且不能能忽略，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。所所以本文文先生成成二维网网格，然然后通过过draag命令令生成三三维网格格。2.3.11 建立立二维网网格对该钢板弹弹簧的其其中一片片弹簧建建立二维维网格，创

6、建的的网格如如图3 所示示：图3 创建建的二维维网格2.3.22 建立立三维网网格由建立得二二维网格格通过ddragg命令创创建三维维网格，生成的三维网格如图4所示：图4 创建建的三维维网格2.3.33 建立立钢板弹弹簧的三三维网格格重复以上步步骤，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 钢板板弹簧三三维网格格2.3.44 建立立接触单单元本文利用CCGAPPG单元元来模拟拟板簧片片间的接接触关系系，用rrigiids单单元模拟拟中心固固定螺栓栓。具体体步骤如如下：1. 点点击Coolleectoors，创创建pggap道道具，点点击crreatte/eed

7、itt，并按按照图66进行设设置:图6pgaap道具具参数设设置2. 在片片间建立立CGAAPG 单元，并并将各弹弹簧片的的中心用用RBEE2单元元连接。完成后的钢板弹簧模型如图7所示：图7 钢板板弹簧接接触模型型2.3.55 建立立约束1. 创建建loaad ccolllecttorss，此lloadd coolleectoor为约约束，在在创建约约束的时时候使用用no carrd；2. 创建建另一个个loaad ccolllecttorss，此lloadd coolleectoor定义义模态，ccardd=cmmsmeeth，然然后点击击creeatee/eddit，并并按照图图8进行编编

8、辑：图8 模态态参数设设置3. Annalyysissconsstraaintt，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 利利用OpptiSStruuct 求解钢钢板弹簧簧模态作为世界 CAEE 工业业流行的的大型通通用结构构有限元元分析软软件，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。通通过无缝缝集成在在 HyyperrWorrks 软件中中，OpptiSStruuct 为工程程师提供供了梦寐寐以求的的灵活、快快速和先先进的功功能，这这些功能能包括线线性静态态分析、特特征值求求解、屈屈

9、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。2.4.11 建立立载荷步步PrefeerenncessPreevioous（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：图9 设置置载荷步步2.4.22 计算算钢

10、板弹弹簧模态态analyysissOpttiSttrucct，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 钢钢板弹簧簧的一阶阶模态2.5 文文件转换换MotioonViiew是是Hypperwworkks系列列产品中中的一种种，MootioonViiew前前处理提提供一个个有效率率的中性性多体动动力学语语言分析析功能，可可以输出出给ADDAMSS使用。此处需要利用MotionView程序，将OptiStruct生成的含有柔性体的H3D文件转化为ADAMS使用的MNF文件。打开Motti

11、onnVieew，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 在在ADAAMS中中建立钢钢板弹簧簧柔性体体模型2.6.11 导入入MNFF文件在ADAMMS/VVieww环境中中，BuuilddFleexibbleBBodiiesAdaams/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 钢钢板弹簧簧在ADDAMSS中的柔柔性体模模型2.6.22 建立立车架的的多体模模型为了达到仿仿真的目目的，需需要

12、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 导导入车架架后的多多体模型型建立约束副副，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 钢钢板弹簧簧柔性体体模型3 仿真分分析3.1 添添加运动动约束为了更好的的模拟钢钢板弹簧簧的受力力过程，在在移动副副上施加加移动铰铰，并将将参数修修改为550*ttimee。3.2 建建立测量量建立测量YY方向的的位移，名名称为MMARKKER_4_ddispp；建立立测

13、量YY方向的的力，名名称为MMARKKER_4_fforcce；3.3 运运行仿真真将时间设置置为2，sstepps设置置为1000，运运行仿真真，图114为钢钢板弹簧簧变形情情况：图14 板板簧变形形情况3.4 观观察钢板板弹簧载载荷与位位移曲线线以MARKKER_4_ddispp为横坐坐标，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6443N/mm。图25 载载荷与位位移曲线线4 验证模模型为了验证仿仿

14、真结果果, 进行行了台架架试验。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 测量量结果负载N静载变形mmm刚度N/mmm备注5000291172.44主簧刚度300000481625复合刚度从上表可以以看出仿仿真结果果与测量量结果误误差小于于3%，所所以仿真真结果真真实可信信，也就就是说上上述方法法建立的的钢板弹弹簧的模模型是正正确的。5 结语根据载荷与与位移曲曲线，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

15、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。该模型的成成功建立立也为以以后的三三轮汽车车整车仿仿真创造造了条件件。参考文献：1 郑郑银环, 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 谢谢东,姜姜立标，崔崔胜民，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 丁丁开平，周周传月，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 石石博强，申申炎华，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.