[发明专利]一种车辆悬架钢板弹簧频域疲劳分析方法

摘要

本发明公开了一种车辆悬架钢板弹簧频域疲劳分析方法，其特征是：针对钢板弹簧的预应力和大变形效应,建立自由状态下的钢板弹簧几何模型并导入有限元软件中进行分析；通过对板簧座施加位移约束及对前后吊耳处施加理论轴荷获得钢板弹簧工作状态下的应力分布进而获得钢板弹簧模态结果文件；通过采集车辆在耐久性试验道路上的实验数据，获得相对加速度的功率谱密度；针对获得的钢板弹簧模态结果文件，以获得的功率谱密度为载荷输入，在有限元软件中执行随机振动分析，提取虚拟样机在随机激励下的动态响应结果并依照高斯三区间法估算钢板弹簧在耐久性试验道路上的疲劳性能。本发明方法结果准确、运算效率高。

主权项

1.一种车辆悬架钢板弹簧频域疲劳分析方法，所述钢板弹簧是应用在汽车悬架中、由若干片曲率不同的簧片利用螺栓和板簧座夹持形成弹性元件；所述钢板弹簧具有三种状态，分别是自由状态、装配状态和工作状态；自由状态的钢板弹簧中各簧片呈自由状态；装配状态是指在自由状态的基础上利用螺栓和板簧座的夹持，将各簧片装配成曲率相同的整体构件，在簧片上形成预应力；工作状态下的钢板弹簧，其板簧座与车后桥固定连接；钢板弹簧的前后吊耳通过衬套与车身连接，在车辆轴荷的作用下，钢板弹簧由装配状态变形为受力平衡状态，形成大变形效应；其特征是：所述车辆悬架钢板弹簧频域疲劳分析是按如下步骤进行：步骤1、针对钢板弹簧的预应力和大变形效应，按如下方式获得利用有限元软件生成的钢板弹簧模态结果文件：A、在三维建模软件中建立自由状态下的钢板弹簧几何模型，将所述钢板弹簧几何模型导入有限元软件，利用实体单元对所述几何模型进行离散并在各簧片之间建立接触对，建立钢板弹簧虚拟样机；B、针对所述钢板弹簧虚拟样机，通过对板簧座施加位移约束使钢板弹簧由自由状态变成装配状态，所述对板簧座施加位移约束的位移约束量等于呈自由状态下的钢板弹簧中所有相邻两簧片之间的间隙之和，所述间隙是指处在螺栓孔中轴线上位置处的间隙；C、利用整车参数计算获得板簧前后吊耳处的垂向载荷理论值，并将所述垂向载荷理论值施加于所述钢板弹簧虚拟样机的前后吊耳处，在激活应力刚度效应后执行静力分析，获得钢板弹簧在工作状态下的应力分布以及包含有所述应力分布的轴荷作用下变形后的有限元模型；D、利用有限元方法对所述轴荷作用下变形后的有限元模型执行重构计算以考虑大变形效应，获得重构模型；E、针对所述重构模型激活有限元软件模态分析模块中的预应力效应，求解获得钢板弹簧模态结果文件；步骤2、采集获得耐久性试验的试验数据：设置各传感器，包括：在板簧座底部设置底座传感器、在前吊耳处设置前传感器，在后吊耳处设置后传感器，所述各传感器均为加速度传感器，所述加速度传感器用于检测获得对应位置上的垂向加速度；将满载状态下的车辆在耐久性试验道路上进行试验，车辆行驶里程为一整圈耐久性试验道路，分别获得试验中各传感器的采集信号作为试验数据，所述试验数据分别是由底座传感器采集获得的底座加速度a0(t)、由前传感器采集获得的前加速度a1(t)，以及由后传感器采集获得的后加速度a2(t)；令：l1为螺栓中轴到前传感器的水平距离、l2为螺栓中轴到后传感器的水平距离；定义：相对加速度a(t)，则有：利用所述相对加速度a(t)获得功率谱密度函数Sf(ω)；步骤3、在有限元软件的随机振动模块中，针对步骤1获得的钢板弹簧模态结果文件，以所述功率谱密度函数Sf(ω)作为载荷输入，执行随机振动分析，提取虚拟样机在随机激励下的动态响应结果，所述动态响应结果包括随机激励下各簧片的应力标准差最大值σ以及随机激励下钢板弹簧振动平均频率v；步骤4、利用虚拟样机在随机激励下的动态响应结果，依照高斯三区间法进行估算，获得可表征钢板弹簧疲劳性能的耐久性试验道路上理论可行驶圈数L为：其中：n1＝0.6831νT；n2＝0.2710νT；n3＝0.0433νT；T为车辆在耐久性试验道路上进行试验中信号采集过程持续的时长；N1、N2和N3分别为钢板弹簧材料在一倍σ值、二倍σ值和三倍σ值时的应力水平下所对应的可循环的次数，所述可循环的次数依据钢板弹簧材料性能中的应力‑寿命曲线，即S‑N曲线查得。