[发明专利]一种板簧设计优化方法

说明书

本发明公开了一种板簧设计优化方法，涉及车辆悬架钢板弹簧，包括以下步骤：步骤S1.确定弧长上极限和下极限：根据载荷条件及约束条件，试算满足所有条件的上弧线极限及下弧线极限；步骤S2.形状优化：在确定的弧长上下限范围内，进行形状优化；设计变量为平直段厚度设计及优化弧线曲率，目标体积最小化；步骤S3.迭代：对仍未达到理想状态的设计尺寸进行手工修正迭代厚度及弧形；步骤S4.正向验算：通过几何非线性大变形、更精细化的高阶单元校核是否满足设计要求；若是，则继续下一步骤；若否，则跳转至步骤S2；步骤S5.三维模型：根据精细化仿真输出的模型设计出三维几何模型。

技术领域

本发明涉及车辆悬架钢板弹簧，具体来讲是一种板簧设计优化方法。

背景技术

汽车板弹簧是十分重要的，板弹簧是由许多具有弹性、宽厚一致，而且长短不一的钢片所组成的。其作用是把车架与车桥用悬挂的形式连接在一起，裸露在车架与车桥之间，承受车轮对车架的载荷冲击，消减车身的剧烈振动，保持车辆行驶的平稳性和对不同路况的适应性。

板弹簧在承受载荷冲击时形成伸展运动，钢片与钢片之间产生强烈摩擦，也就是产生挤压拉伸现象，两个摩擦表面又产生两个不同方向的运动摩擦力，造成板弹簧温度升度，出现表面拉伤，呈现出细小的烈纹，在载荷冲击频率增大的同时，伸展运动所产生的摩擦运动力也在增大，在应力集中点达到疲劳极限就会造成单片或整垛断裂。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种板簧设计优化方法，可提高产品的设计水平、产品质量、可靠性和使用寿命及车辆行驶安全性；同时，还可降低产品的设计及试验费用，加快产品开发速度。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种板簧设计优化方法，包括以下步骤：步骤S1.确定弧长上极限和下极限：根据载荷条件及约束条件，试算满足所有条件的上弧线极限及下弧线极限；步骤S2.形状优化：在确定的弧长上下限范围内，进行形状优化；设计变量为平直段厚度设计及优化弧线曲率，目标体积最小化；步骤S3.迭代：对仍未达到理想状态的设计尺寸进行手工修正迭代厚度及弧形；步骤S4.正向验算：通过几何非线性大变形、更精细化的高阶单元校核是否满足设计要求；若是，则继续下一步骤；若否，则跳转至步骤S2；步骤S5.三维模型：根据精细化仿真输出的模型设计出三维几何模型。

在上述技术方案的基础上，步骤S1中，上极限曲线造型需要满足根据载荷条件加载力F后，上翼面平直段距离约束支点的垂向高度大于要求值l₁，板簧支点之间的跨度间距小于要求值l₂，板簧在载荷下的变形计算得到的夹紧刚度大于要求值K₁，而下极限曲线造型则与上限相反；数学模型可表示为如下公式：

式中，L_height表示上翼面平直段距离约束支点的垂向高度，L_width表示板簧约束支点之间的间距，K_clamp表示夹紧刚度，F表示外载荷，d表示板簧在载荷下垂直方向的最大变形；

根据边界条件和上述公式结合曲线类型和有限元的位移分析方法，经过有限次数的尝试即可确定上下极限曲线造型。

在上述技术方案的基础上，步骤S2中，采用形状优化的方法通过控制节点的扰动来优化得到满足条件的最有解，优化的数学模型可表达为：

Minmize:V＝V(x₁,x₂,…,x_n)

subject to:g_downg(x₁,x₂,…,x_n)g_up

w_downw(x₁,x₂,…,x_n)w_up