[发明专利]空气弹簧系统结构件设计方法、装置、设备及存储介质

说明书

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种空气弹簧系统结构件设计方法、装置、设备及存储介质。包括：一、建立高精度空气弹簧轴对称有限元模型；二、建立高精度空气弹簧实体有限元模型；三、进行空气悬架建模及仿真分析；四、结构件强度仿真分析；五、结构件强度校核及优化。本发明采用柔性体辅助法建模+流固耦合求解组合法进行结构强度分析，仿真分析每一增量步根据分析结果调整接触状态及结构刚度，正确描述结构受载下柔性结构大变形力学行为。避免有限元建模中连接单元的类型及连接位置与导致的误差，保证仿真精度；并且采用系统分析替代单件分析，能正确体现受载条件下装配间隙及接触关系变化，提高结构仿真精度。

技术领域

本发明属于汽车技术领域，具体的说是一种空气弹簧系统结构件设计方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

空气弹簧由于良好的刚度特性而在高档乘用车中有普及化的趋势，但相比于螺旋弹簧形式的传统悬架，空气弹簧一般能提供更大的轴向载荷，因而弹簧通道上结构件载荷条件更加恶劣。弹簧通道上主要包括控制臂、车身、以及空簧上盖、下盖等结构件，其中空簧结构件多采用非金属材料，材料强度较低，有必要进行结构强度校核。

第一步是确定结构件强度校核的载荷条件，通常采用悬架载荷分解提取空簧载荷条件，一般来说，基于刚度曲线定义空气弹簧的轴向刚度和翘曲刚度，但空气弹簧的翘曲刚度和气压、长度等多因素有关，刚度曲线并不能表征空簧实际的翘曲刚度，因此通过载荷分解得到的空簧强度分析条件并不能支撑高精度的强度分析。

第二种获得结构件强度校核载荷条件的方法是基于悬架DMU分析得到空气弹簧在指定工况或姿态下的位移，将位移作为空簧系统分析的输入条件，或基于空簧的位移提取对应空簧的载荷作为输入条件。但DMU分析中不考虑结构件变形、悬架衬套硬点位移，且弹簧位移方向不固定且不沿轴线方向，因此通过该方法得到的空簧分析位移和载荷条件均不准确，不能支撑高精度的强度校核。

第二步是进行结构强度校核，基于有限元手段进行结构强度校核是行业通用手段，模型中加载点通过刚性单元与结构件连接，载荷通过刚性单元传递到结构件。实际工况中，空簧上盖和下盖均与空簧囊皮接触，在载荷条件下囊皮与结构件接触面发生变化，且并不保持为轴对称。因此采用普通的刚性连接单元的有限元模型不能保证分析精度，且通用软件中缺少实时改变连接位置或自适应刚度的连接单元，因此不能实现高精度的结构件应力分析。

综上所述得出结论：基于传统分析方法空簧结构件分析主要存在两方面问题：1.结构件载荷精度不足；2.结构件强度分析模型精度不足。因此，乘用车空气弹簧结构件应力分析精度不能够支撑强度设计，需开发新的仿真方法提高分析精度。

发明内容

本发明提供了一种基于柔性体辅助法的空气弹簧系统结构件设计方法、装置、设备及存储介质，本发明采用柔性体辅助法建模+流固耦合求解组合法进行结构强度分析，仿真分析每一增量步根据分析结果调整接触状态及结构刚度，正确描述结构受载下柔性结构大变形力学行为。避免有限元建模中连接单元的类型及连接位置与导致的误差，保证仿真精度；并且采用系统分析替代单件分析，能正确体现受载条件下装配间隙及接触关系变化，提高结构仿真精度。

本发明技术方案结合附图说明如下：

第一方面，本发明实施例提供了一种空气弹簧系统结构件设计方法，包括以下步骤：

步骤一、建立高精度空气弹簧轴对称有限元模型；

步骤二、基于步骤一建立的高精度空气弹簧轴对称有限元模型建立高精度空气弹簧实体有限元模型；

步骤三、将步骤二中建立的高精度空气弹簧实体有限元模型导入悬架系统进行空气悬架建模及仿真分析；

步骤四、结构件强度仿真分析；

步骤五、结构件强度校核及优化。

进一步的，所述步骤一的具体方法如下：