[发明专利]一种基于疲劳寿命的弹性元件结构优化设计方法

说明书

本发明公开一种基于疲劳寿命的弹性元件结构优化设计方法。所述方法包括：利用计算机辅助工程软件建立待优化弹性元件的不同结构的有限元网格模型；将所述有限元网格模型导入有限元计算软件，提取每个结构的等效应力云图，获得等效应力的最大值，计算待优化弹性元件的每个结构的疲劳寿命；求待优化弹性元件的不同结构的疲劳寿命的最大值，并与所述弹性元件的已应用成熟结构的疲劳寿命进行比较，确定疲劳寿命最高的结构为所述弹性元件的最优结构。本发明实现了弹性元件结构设计阶段的优化设计，缩短了产品的开发周期，降低了研发成本。

技术领域

本发明涉及弹性元件结构强度技术领域，具体涉及一种基于疲劳寿命的弹性元件结构优化设计方法。

背景技术

弹性元件是指由粘弹性材料和骨架粘接硫化而成的总成件。弹性材料起到支撑缓冲作用，粘性材料起到吸收振动能量的作用。弹性元件在工作中具有两种基本效应：弹性效应和非弹性效应。所谓弹性效应是指弹性元件的变形仅仅是由于受载荷的影响所表现出来的性质，其具体参数为体现载荷和变形的刚度和灵敏度。而非弹性效应是指弹性元件的变形受其他因素，如时间、温度、材料性质等的影响所表现出来的性质，如弹性滞后、弹性后效和松弛等、温度变化能使弹性元件的弹性模量和几何尺寸产生变化。疲劳寿命是评价弹性元件结构强度的一个重要指标。弹性元件的疲劳寿命为弹性元件完全发生疲劳断裂时所需要的载荷循环次数。

对于不同的弹性元件结构，从外观上很难判断哪种结构耐久性好。图1是一个弹性元件的三种不同结构的几何模型图，三种结构仅仅是限位长度或者圆角有差异，用常规的方法很难判断哪种结构最优。在弹性元件的结构设计阶段，一般是通过比较不同结构的弹性元件的疲劳寿命确定最优的结构设计方案。现有技术中，弹性元件的疲劳寿命一般只能通过台架疲劳试验或者整车道路耐久试验进行验证，存在周期长、成本高等缺陷。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于疲劳寿命的弹性元件结构优化设计方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于疲劳寿命的弹性元件结构优化设计方法，包括以下步骤：

利用计算机辅助工程软件建立待优化弹性元件的不同结构的有限元网格模型；

利用有限元计算软件计算疲劳寿命：将所述有限元网格模型导入有限元计算软件，提取每个结构的等效应力云图，获得每个结构的等效应力的最大值，计算待优化弹性元件的每个结构的疲劳寿命；

求待优化弹性元件的不同结构的疲劳寿命的最大值，并与所述弹性元件的已应用成熟结构的疲劳寿命进行比较，确定疲劳寿命最高的结构为所述弹性元件的最优结构。

进一步地，所述待优化弹性元件的不同结构的数量大于1。

进一步地，所述计算机辅助工程软件为Hypermesh软件，所述利用计算机辅助工程软件建立待优化弹性元件的不同结构的有限元网格模型，具体包括：

导入模型及预处理：将待优化弹性元件的不同结构的几何模型导入Hypermesh中，清除所述三维几何模型中对疲劳强度计算影响不大的圆角和小孔，对于相近的线条和对形状特征影响不大的线条进行隐藏处理；

设置单元尺寸及类型：选择单元尺寸大小为2mm的六面体网格；

建立有限元网格模型：将导入的模型分割成若干小实体模型，在每个小实体模型的表面划分四边形网格，再投射到整个实体得到六面体实体网格有限元模型。在尖角处采用楔形单元过渡。

进一步地，所述有限元计算软件为ABAQUS软件，所述利用有限元计算软件计算疲劳寿命，具体包括：

将建立的有限元网格模型导入ABAQUS软件；