[发明专利]高强度一级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法

摘要

本发明涉及高强度一级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法，属于悬架钢板弹簧技术领域。本发明可根据高强度一级渐变刚度板簧所设计的结构设计参数及最大许用应力，在主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度确定和开始接触载荷及最大许用载荷仿真计算的基础上，对主簧和副簧的根部最大应特性进行仿真计算。通过样机试验可知，本发明所提供的高强度一级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法是正确的，根部最大应力仿真计算值是可靠的。利用该方法，可确保主簧和副簧的根部最大应力满足强度设计要求，提高产品设计水平、质量和使用寿命，提高车辆行驶平顺性和安全性；同时，还可降低设计和试验测试费用，加快产品开发速度。

主权项

高强度一级渐变刚度板簧根部最大应力特性的仿真计算法，其中，板簧采用高强度钢板，各片板簧为以中心穿装孔对称的结构，安装夹紧距的一半为骑马螺栓夹紧距的一半；通过主簧和副簧的初始切线弧高及渐变间隙，确保满足板簧接触载荷、渐变刚度及悬架在不同载荷下的偏频保持不变的设计要求，即等偏频型一级渐变刚度板簧；根据所设计板簧的结构参数，最大许用应力，在主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度确定、开始接触载荷及最大许用载荷仿真计算的基础上，对高强度一级渐变刚度板簧的主簧和副簧的根部最大应力随载荷的变化特性进行仿真计算，具体仿真计算步骤如下：(1)高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk的仿真计算：A步骤：末片主簧下表面初始曲率半径RM0b的仿真计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；首片主簧的一半夹紧长度L1，主簧初始切线弧高HgM0，对末片主簧下表面初始曲率半径RM0b进行仿真计算，即RM0b=L12+HgM022HgM0+Σi=1nhi;]]>B步骤：首片副簧上表面初始曲率半径RA0a的仿真计算根据首片副簧的一半夹紧长度LA1，副簧初始切线弧高设计值HgA0，对首片副簧上表面的初始曲率半径RA0a进行仿真计算，即RA0a=LA12+HgA022HgA0;]]>C步骤：主簧根部重叠部分等效厚度hMe的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n，对主簧根部重叠部分的等效厚度hMe进行计算，即hMe=h13+h23+...+hn33;]]>D步骤：开始接触载荷Pk的仿真计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，弹性模量E；首片主簧的一半夹紧跨长度L1，A步骤中计算得到的RM0b，B步骤中计算得到的RA0a，及C步骤中计算得到的hMe，对高强度一级渐变刚度板簧的开始接触载荷Pk进行仿真计算，即Pk=EbhMe3(RA0a-RM0b)6L1RM0bRA0a;]]>(2)高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX的确定：I步骤：主副簧根部重叠部分的等效厚度hMAe的计算根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1,2,…,n；副簧片数m，各片副簧的厚度hAj，j＝1,2,…,m；对高强度一级渐变刚度板簧的主副簧根部重叠部分的等效厚度hMAe进行计算，即hMAe=Σi=1nhi3+Σj=1nhAj33;]]>II步骤：主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度hmax和hAmax的确定根据主簧片数n，各片主簧的厚度hi，i＝1，2,...,n；副簧片数m，各片副簧的厚度hAj,j＝1，2,...,m，分别确定主簧和副簧的最大厚度板簧的厚度hmax和hAmax，即hmax＝max(hi)；hAmax＝max(hAj)；III步骤：基于主簧应力的最大许用载荷PMmax的仿真计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中计算得到的Pk和hMe，步骤(2)的I步骤计算得到的hMAe，及II步骤中所确定的hmax，对基于主簧应力的最大许用载荷PMmax进行仿真计算，即PMmax=hMAe3b[σ]3L1hmax-(hMAe3hMe3-1)Pk;]]>IV步骤：基于副簧应力的最大许用载荷PAmax的仿真计算根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，最大许用应力[σ]；首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中仿真计算得到的Pk，I步骤中计算得到的hMAe，II步骤中所确定的hAmax，对基于副簧应力的最大许用载荷PAmax进行仿真计算，即PAmax=bhMAe3[σ]3L1hAmax+Pk;]]>V步骤：高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX的确定根据III步骤中计算所得到的PMmax，IV步骤计算得到的PAmax，确定高强度一级渐变刚度板簧的最大许用载荷PmaxX，即PmaxX＝min(PMmax,PAmax)；(3)高强度一级渐变刚度板簧的主簧根部最大应力特性的仿真计算：根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中所得到的Pk和hMe，步骤(2)中所得到的hMAe、hmax和PmaxX，对主簧根部最大应力σM随载荷P的变化特性进行仿真计算，即σM=3PL1hmaxbhMe3,0≤P<Pk3PkL1hmaxbhMe3+3(P-Pk)L1hmaxbhMAe3,Pk≤P≤PmaxX;]]>(4)高强度一级渐变刚度板簧的副簧根部最大应力特性的仿真计算：根据高强度一级渐变刚度板簧的宽度b，首片主簧的一半夹紧长度L1，步骤(1)中所得到的Pk，步骤(2)中所得到的hMAe、hAmax及PmaxX，对副簧根部最大应力σA随载荷P的变化特性进行仿真计算，即σA=0,0≤P<Pk3(P-Pk)L1hAmaxbhMAe3,Pk≤P≤PmaxX.]]>