[发明专利]一种复合材料板簧的模态预测方法

说明书

本发明公开了一种复合材料板簧的模态预测方法，包括如下步骤：步骤一、建立复合材料板簧模型，计算复合材料板簧截面的中性层位移系数λ；步骤二、根据中性层位移系数λ计算复合材料板簧截面的抗弯刚度；步骤三、将复合材料板簧沿板簧的长度方向离散成多个单元，求解单元的质量矩阵和单元的刚度矩阵，确定板簧整体的质量矩阵和板簧整体的刚度矩阵；步骤四、根据所述板簧系统的质量矩阵和所述板簧系统的刚度矩阵，确定板簧弯曲固有频率及对应振型。本发明提供的复合材料板簧的模态预测方法，可操作性强，板簧模型的修改方便快捷，且计算的效率较快、精度较高。

技术领域

本发明属于复合材料板簧技术领域，特别涉及一种复合材料板簧的模态预测方法。

背景技术

近年来，能源短缺问题和环境危机有愈演愈烈的趋势，安全、节能和环保已经成为人们对汽车的基本要求，因此轻量化已成为汽车发展的必然趋势。目前，汽车上用的复合材料板簧基本上都是纤维增强型复合材料板簧，其不仅轻量化优势明显，而且具有疲劳寿命高、减振性能好、安全性高的特点，装车后能降低汽车的非簧载质量，提高汽车的舒适性，已经成为了国内外专家学者研究的热点问题。

在汽车行驶过程中，复合材料板簧会受到路面、发动机等产生的振动激励。如何在复合材料板簧开发初期准确预测复合材料板簧的模态，并使复合材料板簧的固有频率避开外界激励的频率范围，最终避免复合材料板簧与外界激励耦合发生共振，这对保证复合材料板簧的疲劳寿命及整车的NVH性能均具有重要的意义。

目前，对复合材料板簧的研究主要集中在复合材料板簧的结构、刚度、损伤、疲劳性能方面，与复合材料板簧模态相关的报道较少。现在应用较多的是利用有限元软件(如ABAQUS、ANSYS等)对复合材料板簧进行建模分析，而在复合材料板簧的正向开发设计时，为了得到较满意的设计结果，可能需要对复合材料板簧的参数进行反复的修改设计，采用有限元软件的方法需要修改模型、重新划分网格、计算、后处理等过程，这样显然增加了后续优化的难度，很难获得最优的设计方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种复合材料板簧的模态预测方法，该方法在板簧设计过程中能够准确预测板簧的模态，并且计算效率高，板簧模型修改方便快捷。

本发明提供的技术方案为：

一种复合材料板簧的模态预测方法，包括：

步骤一、建立复合材料板簧模型，计算复合材料板簧截面的中性层位移系数λ；

步骤二、计算复合材料板簧截面的抗弯刚度：

其中，

式中，b为截面的宽度，n₁为板簧截面中复合材料部分受拉区域总层数，n₂为板簧截面中复合材料部分受压区域总层数，为板簧截面中复合材料部分受拉区域第k₁层的偏轴弹性模量，为板簧截面中复合材料部分受压区域第k₂层的偏轴弹性模量；p、q分别截面金属部分为受拉、压区域的截面厚度，t_m、c_m分别为板簧截面中金属部分受拉、受压的位置相对于中性层的距离；δ为板簧截面中复合材料的单层厚度，t为板簧截面的厚度；λ为中性层位移系数；

步骤三、将复合材料板簧沿板簧的长度方向离散成多个单元，求解单元的质量矩阵和单元的刚度矩阵，确定板簧整体的质量矩阵和板簧整体的刚度矩阵；

步骤四、根据所述板簧系统的质量矩阵和所述板簧系统的刚度矩阵，确定板簧弯曲固有频率及对应振型。

优选的是，在所述步骤一中，通过建立复合材料板簧截面的中性层位移系数方程，并且求解所述中性层位移系数方程得到中性层位移系数λ；

其中，簧身部分的中性层位移系数方程为：