一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，该方法以车架系统中的板簧作为柔性体，在板簧装配状态下通过空载、半载、满载和超载四种模式并采用多种不同的约束方式试验板簧的非线性特性，以获得不同模式下与测试结果吻合度较高的板簧变刚度特性曲线，从而更充分及真实反映出了柔性体的物理特征；同时在非线性车轮与非线性变刚度板簧之间建立了正确的约束和连接，有效弥补了柔性体与柔性车轮之间的柔性体与柔性体之间的理论缺陷，对于车架系统的正向研发具有较强的指导作用。

【技术实现步骤摘要】
一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法
本专利技术涉及车架系统刚柔耦合计算方法
，具体涉及一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法。
技术介绍
车架系统是传递作用在车轮与车架之间的一切力和力矩，并且缓和由路面传给车架的冲击载荷，衰减由此引起的承载系统的振动，以保证汽车地行驶；而钢板弹簧是汽车悬架上关键的结构部件,其刚度特性直接影响着车辆的平顺性和道路友好性。MNF，是指在动力学仿真中将柔性体通过一种特殊的处理后，再将模态文件、质量、惯量等信息通过一定的数据转换为动力学的参数文件。刚柔耦合是指动力学仿真中将一部分关键部件进行柔性体处理，再与其他部件进行刚体和柔体的并行运算仿真，一个模型中同时存在柔性体和刚体部件，联合仿真即为刚柔耦合仿真。目前车架系统的刚柔耦合计算方法通常是将有限元的模型自由模态与动力学刚体模型进行并行计算仿真。然而上述有限元的自由模态存在：没有考虑到装配状态下的约束条件，通常并不能反映柔性体的物理特征；同时，也存在柔性体与柔性车轮之间的柔性体与柔性体之间的理论缺陷；由此，现有车架系统刚柔耦合计算方法并不能在非线性车轮与非线性变刚度板簧之间建立正确的约束和连接，因此，对该技术进行理论的创新十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种能反映柔性体的物理特征，并可在非线性车轮与非线性变刚度板簧之间建立正确的约束和连接的非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法。本专利技术的目的可以通过以下技术手段来实现：一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，包括以下步骤：S1.利用实体软件建立车架系统几何模型，所述车架系统包括；车架本体和车桥组合，所述车桥组合包括设置在车架本体上的前车桥和后车桥，所述前车桥和后车桥的结构相同，其结构主要包括板簧、板簧安装吊耳、板簧U型固定装置、车桥和轮胎。S2.将上述装配中的板簧几何模型导入有限元软件中建立板簧的网格模型。S3.进行板簧的变刚度非线性拟合，在板簧装配状态下通过不同的约束方式试验板簧的非线性特性，约束点包括：1-吊耳约束点A、2-副簧约束点B、3-中间约束点C、4-载荷施加点、5-副簧约束点D和6-吊耳约束点E，并通过空载、半载、满载和超载四种模式分别计算板簧的刚度值，以获得不同模式下与测试结果吻合度较高的板簧变刚度特性曲线。S4.根据上述板簧变刚度特性，板簧变形的状态包括板簧变形满载位置、板簧变形超载位置和板簧变形空载位置，将上述三种板簧变形状态及载荷模式全部导入到动力学模型中，建立以板簧为柔性体的车架系统耦合模型。S5.将变刚度的板簧有限元模型的质量特性与动力学模型中的质量和惯量参数统一，也即将动力学中板簧的质量矩阵和有限元的质量矩阵进行坐标单位变换。S6.重新选取和转换板簧的刚性点。S7.进行耦合模型中柔性体的约束转换。S8.对车架系统进行刚柔耦合约束。S9.对柔性体进行刚柔耦合模态定义，从而完成钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟。进一步地，S3步骤中所述空载模式下的约束方式：约束点A与约束点E都施加约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度约束，释放UX方向自由度；约束点B与约束点D不做任何约束，以使副板簧呈现自由状态；约束点C施加约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度约束，释放UZ自由度，使板簧整体呈现Z向平动；4-载荷施加点施加空载约束2744N，根据非线性弧高变化量，计算空载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。进一步地，S3步骤中所述半载模式下的约束方式与空载模式的约束方式相同，4-载荷施加点施加载荷为6000N，根据非线性弧高变化量，计算半载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。进一步地，S3步骤中所述满载模式下的约束方式：约束点A与约束点E都施加约束UX、UY、UZ、RX、RZ自由度约束，释放RY方向自由度；约束点B与约束点D都施加约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，释放UX方向自由度；约束点C不作任何约束；4-载荷施加点施加载荷12000N，根据非线性弧高变化量，计算空载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。进一步地，S3步骤中所述超载模式下的约束方式与满载模式相同，4-载荷施加点施加载荷23000N，并得出空载模式-半载模式-满载模式刚度特性，空载模式-半载模式-满载模式-超载模式变刚度特性。进一步地，S6步骤中所述板簧的刚性点选择为：板簧的前吊耳安装点、板簧后吊耳安装点和板簧U型螺栓安装区域刚性点，建立前吊耳、后吊耳和U型螺栓处三处刚性集合，作为动力学模型中的连接硬点。进一步地，S7步骤中所述耦合模型中柔性体的约束转换为：柔性体约束点A施加约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，刚柔耦合模型约束UX、UY、UZ、RX、RZ自由度，约束点E约束方式与约束点A相同；柔性体约束点B约束方式：空载模式与半载模式约束0，满载和超载约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，刚柔混合模型约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，约束点D与约束点B约束方式相同；柔性体约束点C约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度，刚柔耦合模型约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度。进一步地，S8步骤中所述刚柔耦合的约束点包括约束点A、B、C、D、E、F、G、H，约束方法为；约束点A、C、E、G、H约束UX、UY、UZ、RX、RZ自由度，约束点B及约束点D约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，约束点F约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度，再建立与上述约束点相对应的运动副，用以驱动及模拟刚体与柔性体之间的运动关系。本专利技术的有益效果：1)本专利技术的一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，以板簧作为柔性体，在板簧装配状态下通过空载、半载、满载和超载四种模式并采用多种不同的约束方式试验板簧的非线性特性，以获得不同模式下与测试结果吻合度较高的板簧变刚度特性曲线，从而更充分及真实反映出了柔性体的物理特征。2)本专利技术的一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，在非线性车轮与非线性变刚度板簧之间建立了正确的约束和连接，有效弥补了柔性体与柔性车轮之间的柔性体与柔性体之间的理论缺陷，对于车架系统的正向研发具有较强的指导作用。附图说明图1为后板簧安装结构示意图；图2为板簧约束方式示意图；图3为板簧变刚度曲线示意图；图4为板簧变形三种状态示意图；图5为板簧刚性约束点示意图；图6为模态约束方式示意图；图7为车架系统刚柔耦合约束方式示意图；图8为底盘系统刚柔耦合示意图；图1中，1-后板簧安装吊耳、2-后板簧U型固定装置、3-后车桥、4-轮胎；图2中，1-吊耳约束点A、2-副簧约束点B、3-中间约束点C、4-载荷施加点、5-副簧约束点D、6-吊耳约束点E；图4中，1-板簧变形满载位置、2-板簧变形超载位置、3-板簧变形空载位置；图6中，1-模态约束点A、2-模态约束点B、3-模态约束点C、4-模态约束点D、5-模态约束点E；图7中，1-刚柔耦合约束点A、2-刚柔约束点B、3-刚柔耦合约束点C、4-刚柔耦合约束点D、5-刚柔耦合约束点E、6-刚柔耦合约束点F、7-刚柔耦合约束点G、8-刚柔耦合约束点H；图8中，1-前车桥与柔性体约束A、2-前减震器与柔性体约束B、3-后减震器与柔性体约束C、4-后车桥与柔性体约束D。具体实施方式为使本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.利用实体软件建立车架系统几何模型，所述车架系统包括；车架本体和车桥组合，所述车桥组合包括设置在车架本体上的前车桥和后车桥，所述前车桥和后车桥的结构相同，其结构主要包括板簧、板簧安装吊耳、板簧U型固定装置、车桥和轮胎。S2.将上述装配中的板簧几何模型导入有限元软件中建立板簧的网格模型。S3.进行板簧的变刚度非线性拟合，在板簧装配状态下通过不同的约束方式试验板簧的非线性特性，约束点包括：1‑吊耳约束点A、2‑副簧约束点B、3‑中间约束点C、4‑载荷施加点、5‑副簧约束点D和6‑吊耳约束点E，并通过空载、半载、满载和超载四种模式分别计算板簧的刚度值，以获得不同模式下与测试结果吻合度较高的板簧变刚度特性曲线。S4.根据上述板簧变刚度特性，板簧变形的状态包括板簧变形满载位置、板簧变形超载位置和板簧变形空载位置，将上述三种板簧变形状态及载荷模式全部导入到动力学模型中，建立以板簧为柔性体的车架系统耦合模型。S5.将变刚度的板簧有限元模型的质量特性与动力学模型中的质量和惯量参数统一，也即将动力学中板簧的质量矩阵和有限元的质量矩阵进行坐标单位变换。S6.重新选取和转换板簧的刚性点。S7.进行耦合模型中柔性体的约束转换。S8.对车架系统进行刚柔耦合约束。S9.对柔性体进行刚柔耦合模态定义，从而完成钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟。...

【技术特征摘要】
1.一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.利用实体软件建立车架系统几何模型，所述车架系统包括；车架本体和车桥组合，所述车桥组合包括设置在车架本体上的前车桥和后车桥，所述前车桥和后车桥的结构相同，其结构主要包括板簧、板簧安装吊耳、板簧U型固定装置、车桥和轮胎。S2.将上述装配中的板簧几何模型导入有限元软件中建立板簧的网格模型。S3.进行板簧的变刚度非线性拟合，在板簧装配状态下通过不同的约束方式试验板簧的非线性特性，约束点包括：1-吊耳约束点A、2-副簧约束点B、3-中间约束点C、4-载荷施加点、5-副簧约束点D和6-吊耳约束点E，并通过空载、半载、满载和超载四种模式分别计算板簧的刚度值，以获得不同模式下与测试结果吻合度较高的板簧变刚度特性曲线。S4.根据上述板簧变刚度特性，板簧变形的状态包括板簧变形满载位置、板簧变形超载位置和板簧变形空载位置，将上述三种板簧变形状态及载荷模式全部导入到动力学模型中，建立以板簧为柔性体的车架系统耦合模型。S5.将变刚度的板簧有限元模型的质量特性与动力学模型中的质量和惯量参数统一，也即将动力学中板簧的质量矩阵和有限元的质量矩阵进行坐标单位变换。S6.重新选取和转换板簧的刚性点。S7.进行耦合模型中柔性体的约束转换。S8.对车架系统进行刚柔耦合约束。S9.对柔性体进行刚柔耦合模态定义，从而完成钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟。2.根据权利要求1所述的一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，其特征在于：S3步骤中所述空载模式下的约束方式：约束点A与约束点E都施加约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度约束，释放UX方向自由度；约束点B与约束点D不做任何约束，以使副板簧呈现自由状态；约束点C施加约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度约束，释放UZ自由度，使板簧整体呈现Z向平动；4-载荷施加点施加空载约束2744N，根据非线性弧高变化量，计算空载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。3.根据权利要求2所述的一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟方法，其特征在于：S3步骤中所述半载模式下的约束方式与空载模式的约束方式相同，4-载荷施加点施加载荷为6000N，根据非线性弧高变化量，计算半载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玲，苏锦涛，李以农，詹振飞，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50