一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法技术

本发明专利技术涉及一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法。该计算方法首先根据复合材料力学计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度，通过公式推导给出了复合材料主簧和副簧各横截面弯曲刚度的计算公式。然后，基于有限差分理论，给出了复合材料主副簧共同工作后复合刚度的计算步骤，并推导了主副簧式复合材料板弹簧复合刚度的计算公式。本发明专利技术提出的计算方法不但为主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算问题提供了理论依据，而且计算精度高，适用于具有任意截面形状的主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算问题。此外，该计算方法也适宜编程计算，计算速度远高于有限元分析等传统计算方法，能显著缩短复合材料板簧的研发周期，降低研发成本。

【技术实现步骤摘要】
一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法
本专利技术涉及一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其应用于汽车悬架，属于板弹簧

技术介绍
板弹簧是汽车悬架中广泛应用的弹性元件，其重量占汽车非簧载质量的10％-20％。复合材料板弹簧是一种采用纤维增强树脂基复合材料的板弹簧。在功能相同的前提下，用复合材料板弹簧替换钢板弹簧可减重50％以上。此外，复合材料板弹簧也具有比模量、比强度高，疲劳性能好，可设计性强，耐腐蚀，易于加工，安全冗余高等显著的优点。因此，复合材料板弹簧的综合性能明显优于钢板弹簧，是汽车轻量化领域的研究热点。目前，国内外已对单片复合材料板弹簧的接头可靠性，结构设计，铺层设计，刚度计算，性能优化及性能测试方面进行了深入研究。然而，汽车主要分为满载和空载这两种状态，对应要求板簧提供数值差别较大的两级刚度，但现有的单片复合材料板簧在固化成型后刚度不可调，只能达到某种折衷下的较优减振效果，无法使悬架刚度最优。因此，现有的单片复合材料板簧无法满足日益增长的汽车性能需求。而采用与主副簧式钢板弹簧结构类似的主副簧式复合材料板弹簧，不但能起到显著的轻量化效果，而且能兼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：1)，计算计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度；2)，计算复合材料主副簧共同工作后的复合刚度；具体为：假设主簧和副簧在主簧D点接触，作用力及反作用力分别为FD和F′D，主副簧总成在主簧接头中心O点受到竖直向下的载荷FO，则复合材料主副簧共同工作后的复合刚度通过以下方法来计算：2‑1，假设只有主簧受到力FO的作用，计算D点的挠度及O点的挠度；2‑2，假设主簧D点单独受到作力FD作用，计算末端O点的挠度；2‑3，对副簧GI段使用有限差分法，求得截面I的挠度；2‑4，求出FD的具体数值。2‑5，求出主副簧总成后半段的复合刚...

【技术特征摘要】
1.一种主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其特征在于：包括如下步骤：1)，计算计算复合材料主簧和副簧各横截面的弯曲刚度；2)，计算复合材料主副簧共同工作后的复合刚度；具体为：假设主簧和副簧在主簧D点接触，作用力及反作用力分别为FD和F′D，主副簧总成在主簧接头中心O点受到竖直向下的载荷FO，则复合材料主副簧共同工作后的复合刚度通过以下方法来计算：2-1，假设只有主簧受到力FO的作用，计算D点的挠度及O点的挠度；2-2，假设主簧D点单独受到作力FD作用，计算末端O点的挠度；2-3，对副簧GI段使用有限差分法，求得截面I的挠度；2-4，求出FD的具体数值。2-5，求出主副簧总成后半段的复合刚度；2-6，计算出主副簧总成的复合刚度。2.如权利要求1所述的主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其特征在于：所述步骤1)具体为：对复合材料板弹簧的任意一小段，设复合材料板弹簧的纵向为x轴，厚度方向为z轴，且向上为正，该小段的弯曲中性轴为y轴；假定复合材料层合结构在弯曲变形时满足平面假设，即变形前相距dx的两个横截平面，弯曲变形后仍保持平面，仅相对旋转了一个角度dθ，根据应变的定义，第i层单层沿x轴的应变为：对复合材料板弹簧任意截面，设其第k层与该截面的几何中面的距离为式(2)中，λ是中性层位移系数，λ＝d/t，d为中性层与几何中面之间的距离向量；t为层合结构在该截面的厚度；δ为单层厚度；对复合材料层合结构的任意一个横截面，沿x轴方向的力可表示为：式(3)中，At为截面受拉区域面积，Ac为截面受压区域面积；不考虑各单层之间的层间应力，且假设各单层的宽度相等，沿z轴对层合结构分层积分，将式(3)化为：其中，b为层合结构的宽度，n1为截面受拉区域层数；n2为截面受压区域层数，为截面中第k层沿x轴的应力；为截面受拉区域第k1层沿x轴的应力；为截面受压区域第k2层沿x轴的应力；因弯曲半径ρ不随单层距中性层的距离而变化，且在各单层内模量保持不变，故将式(4)化为：因复合材料层合结构受纯弯矩的作用，故有：FN＝0(6)进而有：联立式(2)和式(7)，即可解得中性层位移系数λ；对于复合材料板弹簧任意一个纵向截面，其受到绕y轴的弯矩可表示为：设截面抗弯刚度为K，则：即有：上式即为复合材料主簧和副簧变形部分各横截面弯曲刚度的计算公式。3.如权利要求1所述的主副簧式复合材料板弹簧复合刚度计算方法，其特征在于：所述步骤2-1)具体为：把BE段分成m+1段，则形成m个新截面，加上固定端面BG，共有(m+1)个截面；设每段长度为a，则有：对BE段，根据有限差分理论，可得到由(m+1)个方程组成的方程组：其中Mi＝-FOx＝-FO(Lr-Sr-ia)(i＝0,1,2,...,m)；在i＝0处，即BG截面的转角和挠度均为0，则由转角表达式得f-1＝f1又f0＝0，所以由方程组的第一个方程可得代入第二个方程可得f2＝a2(M0/K0+M1/K1)，依次代入下去可得到第i个截面处的挠度表达式为：当i取(m+1)时即可求得截面E的挠度再根据式(13)计算出fm-1，然后把fE和fm-1代入式计算出θm；则截面E的转角：则FO单独作用下主簧末端的挠度为：fO＝fO1+fE+fEθ＝f...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯俊，吴震宇，徐婷，张不扬，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33