[发明专利]一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法

说明书

本发明涉及一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法。该计算方法首先根据复合材料力学计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度，通过公式推导给出了复合材料主簧和副簧各横截面弯曲刚度的计算公式。然后，基于有限差分理论，给出了复合材料主副簧共同工作后复合刚度的计算步骤，并推导了主副簧式复合材料板弹簧复合刚度的计算公式。本发明提出的计算方法不但为主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算问题提供了理论依据，而且计算精度高，适用于具有任意截面形状的主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算问题。此外，该计算方法也适宜编程计算，计算速度远高于有限元分析等传统计算方法，能显著缩短复合材料板簧的研发周期，降低研发成本。

【技术领域】

本发明涉及一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其应用于汽车悬架，属于板弹簧技术领域。

【背景技术】

板弹簧是汽车悬架中广泛应用的弹性元件，其重量占汽车非簧载质量的10％-20％。复合材料板弹簧是一种采用纤维增强树脂基复合材料的板弹簧。在功能相同的前提下，用复合材料板弹簧替换钢板弹簧可减重50％以上。此外，复合材料板弹簧也具有比模量、比强度高，疲劳性能好，可设计性强，耐腐蚀，易于加工，安全冗余高等显著的优点。因此，复合材料板弹簧的综合性能明显优于钢板弹簧，是汽车轻量化领域的研究热点。目前，国内外已对单片复合材料板弹簧的接头可靠性，结构设计，铺层设计，刚度计算，性能优化及性能测试方面进行了深入研究。然而，汽车主要分为满载和空载这两种状态，对应要求板簧提供数值差别较大的两级刚度，但现有的单片复合材料板簧在固化成型后刚度不可调，只能达到某种折衷下的较优减振效果，无法使悬架刚度最优。因此，现有的单片复合材料板簧无法满足日益增长的汽车性能需求。而采用与主副簧式钢板弹簧结构类似的主副簧式复合材料板弹簧，不但能起到显著的轻量化效果，而且能兼顾汽车性能需求，是实现复合材料板簧变刚度特性的有效途径之一。

目前，对多片复合材料板弹簧的研究主要集中于有限元仿真、接头设计及性能测试方面，现有设计理论仍然无法满足主簧-副簧式复合材料板弹簧的应用需要。刚度特性是主副簧式复合材料板弹簧的核心性能参数，不但直接决定了汽车的操纵稳定性及平顺性，也是其区别于单片复合材料板簧的重要结构特征，进而决定了其应用价值。准确的刚度计算，不但能有效预测样件刚度，而且能缩短产品开发的周期，进而压缩复合材料板弹簧的产品开发成本。然而，由于复合材料具有各向异性，复合材料板弹簧也具有变截面几何特征，且主副簧共同工作后的接触边界有非线性因素，这都导致主副簧式复合材料板弹簧的复合刚度计算变得非常棘手和复杂。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，以克服现有技术中的所述缺陷。

【发明内容】

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其包括如下步骤：

1)，计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度；

2)，计算复合材料主副簧共同工作后的复合刚度；具体为：假设主簧和副簧在主簧D点接触，作用力及反作用力分别为F_D和F_D′，主副簧总成在主簧接头中心O点受到竖直向下的载荷F_O，则复合材料主副簧共同工作后的复合刚度通过以下方法来计算：

2-1，假设只有主簧受到力F_O的作用，计算D点的挠度及O点的挠度；

2-2，假设主簧D点单独受到作力F_D作用，计算末端O点的挠度；

2-3，对副簧GI段使用有限差分法，求得截面I的挠度；

2-4，求出F_D的具体数值。

2-5，求出主副簧总成后半段的复合刚度；