一种用机械仿真分析软件ＡＤＡＭＳ求解板簧刚度的方法技术

本发明专利技术公开了一种用机械仿真分析软件ＡＤＡＭＳ求解板簧刚度的方法，第一步，根据板簧的图纸确定板簧的基本尺寸参数；第二步，应用ＣＡＴＩＡ软件建立三维模型，进行合理分段，选取必要的坐标点；第三步，在ＡＤＡＭＳ／Ｖｉｅｗ中创建Ｐｏｉｎｔ硬点、Ｂｏｘ块和Ｂｅａｍ梁，在Ｂｅａｍ梁属性设置中提出等效中面法，创建接触力Ｃｏｎｔａｃｔ；第四步，进行板簧受力－变形曲线仿真分析环境设置，应用平板与球体接触加载载荷的方法，得仿真曲线。本发明专利技术解决了目前ＡＤＡＭＳ软件建立板簧柔性体模型的问题，以及对其受力－变形曲线进行仿真设置问题，对提高机械仿真软件建模、分析、求解的准确性和计算的速度具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及板簧刚度仿真计算研究领域，尤其涉及一种应用机械仿真分析软件 ADAMS建立板簧模型和仿真刚度曲线的分析方法。
技术介绍
板簧是汽车悬架中应用最广泛的一种弹性元件，其作用是把车架与车桥用悬挂的 形式连接在一起，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。刚度是板簧一个重要的物理参数，直接影响车辆悬架和整车的 各项性能。随着现代理论的发展和计算水平的提高，传统的集中载荷法和共同曲率法都被现 代的计算机软件仿真计算所替代。ADAMS机械仿真分析软件是汽车动力学分析最常用的 软件，在ADAMS软件建模过程中，板簧的柔体建模、刚度仿真计算是悬架分析的一个重要组 成，也是其中最复杂的一项技术。目前在Adams中建立板簧柔性体模型计算分析的方法主要有Beam梁法、有限元 法和中性面法等几种。Beam梁法是利用ADAMS软件中的离散体概念，建立板簧模型，这种方 法需要各片板簧的几何形状来确定无质量的梁参数，如截面积、惯性矩等，如果要得到足够 精度的计算结果，需要将各片板簧离散足够多的段，这样将导致计算工作量大大增加。有限 元模态法要求在运用ADAMS或者有限元软件建模时，必须建立完全模型，而该方法对于板 簧的大变形情况不太适应，需特别考虑。中性面法因为模型自由度较少，计算速度较快，计 算准确性高，适用范围广，是比较适用的一种方法，但是目前使用的中性面法对板簧的截面 属性的计算是作如下处理的对板簧截面抗扭常数Ixx的计算，将每一片弹簧进行叠加；对 于截面惯性矩Izz的计算，也对每片板簧的惯性矩进行叠加。实际上，板簧在扭转过程中，主要由第一片和第二片承担扭矩，板簧在承受Y向力 时，第一片板簧承受了绝大部分的力，在属性计算时，各片对力的影响因素不同，将所有板 簧片的属性直接叠加可能会导致较大的误差。而且，在进行仿真分析的设置时，目前普通采用的在板簧模型中部建立哑物体，然 后加载集中载荷进行仿真的方法产生的误差比较大，很难得到精度较高的受力一变形曲 线，即无法求出较准确的刚度值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种用机械仿真分析软件ADAMS求解板簧刚度的方法， 该方法为中性面法的修正方法，基于等效中面法建立板簧柔性体模型，通过板-球接触加 载载荷的仿真分析方法实现板簧刚度的精确计算。本专利技术的技术解决方案是该方法运用等效中面法建立模型，应用平板和球体的 接触加载载荷进行仿真分析；其特征在于等效中面法建立任何形式的板簧模型，所有主 簧简化为在某个等效中性面的单片主簧，即沿板簧厚度方向中间层组成的近似曲面，再将中性面按厚度基本相等原则分成若干等强度直线段，利用ADAMS中的Beam梁单元来模拟这 些等刚度直线段，按板簧中性面上各段真实特性设定Beam梁单元相关参数，Beam梁属性中 计算Ixx时将前两片板簧的抗扭系数相加，计算截面惯性矩Izz只取第一片板簧的惯性矩，主 簧和副簧之间的接触利用ADAMS中提供的Contact接触力来实现；在板簧模型的夹紧区域 中部建立一个球体，在球体上方创建一个大平板，创建接触力连接平板与球体，在平板上方 加载集中载荷，在ADAMS/Postprocessor中绘制板簧的受力-变形曲线。其中，该方法包括以下步骤第一步，根据板簧的图纸确定板簧的基本尺寸参 数；第二步，应用CATIA软件建立三维模型，进行合理分段，选取必要的坐标点；第三步，在 ADAMS/View中创建Point硬点、Box块和Beam梁，在Beam梁属性设置中提出等效中面法， 创建Contact接触力；第四步，进行板簧受力-变形曲线仿真分析环境设置，应用平板与球 体接触加载载荷的方法，得到受力-变形仿真曲线。其中，该方法的具体步骤如下第一步图纸查阅，确定板簧基本尺寸参数；此步骤是基础，要想准确建立模型， 必须首先确定板簧的基本尺寸参数；如果图纸查阅有困难，采用实体测绘的方法确定基本 尺寸；第二步CATIA三维软件建立板簧模型(1)主、副簧建模，根据基本尺寸建立主、副簧模型，包括主簧两端的吊耳和卷耳；(2)主、副簧分段，在CATIA中将建好的主、副簧模型进行分段处理，为ADAMS创建 Box块做好准备，分段一定要依据以下原则①在厚度不一样的地方一定要分段；②剩余的部分可以近似随意划分；③划分的段数越多越精确；(3)在模型中取点，这里，在模型中取点包括两部分工作，一是为ADAMS建立Box块 确定基本硬点坐标，二是为ADAMS建Beam梁确定坐标，即取每一片的宽度和厚度两个方向 的中心线的交点坐标保存下来；第三步ADAMS/View模块建立板簧模型(1)创建Point硬点，根据第二步(3)中取点的坐标创建硬点；(2)创建Box块，根据第二步(3)中的第一部分取点所得坐标、CATIA中分段的长 度和板簧的厚度，创建Box块，Box块的数量等于CATIA中分段数量；(3)创建Beam梁，夹紧区的Box块不用建立Beam梁；(4)设置Beam梁属性，创建的Beam梁的属性需要根据Box块的基本尺寸参数和板 簧材料属性进行计算和设置，因为每个Box块的厚度有差别，所以在参数设置过程中某些 参数是不同的，设置规律如下①抗扭常数Ixx a, c分别为Box块截面矩形的长边和短边边长的一半；此处，将第一片和第二片板簧的抗扭系数相加；②截面惯性矩Iyy 式中b为板簧片的宽度，h为板簧片的厚度，下同。③截面惯性矩IzzIzz = hb3/12此处，只取第一片板簧的惯性矩；④剪切面积A A = E bh另夕卜，Y/Z Shear Area Ration 一般均取 1. 2，YoungModules 禾口 Shear Modules 牛艮 据材料属性取值，Damp Ratio 一般取0. 02 ；(5)创建Contact接触力，在副簧与主簧接触的大致位置创建一对Marker和 Plane，或取在副簧上表面边缘的中心处，然后在它与主簧的接触位置所在的Box块下平面 创建Plane ；第四步模型建立完成之后进行虚拟仿真分析绘制受力_变形曲线(1)设置虚拟仿真条件，在板簧夹紧区域，创建一个直径较大的球体，直径具体不 作要求，应高出副簧最低点，在球体上方创建一个平板，平板的尺寸不作要求，要大于板簧 的宽度，创建球体和平板的Contact接触；(2)绘制板簧受力-变形曲线，选择板簧夹紧区的中心作为考察变形的一个代表 点，对其设置函数，读取其移动距离的绝对值，对平板垂直向下加载集中载荷，在ADAMS/ Postprocessor中绘制受力与变形曲线；(3)计算刚度值，板簧的刚度根据其性能状态有2个值，根据上步中的曲线分别求 出其曲线斜率，即为板簧的刚度值。本专利技术的优点是1、应用ADAMS软件精确建立板簧柔性体模型，应用平板和球体 的接触加载载荷的方式进行仿真环境设置，进而绘制板簧的受力-变形曲线，仿真求解其 刚度值，该方法精确模拟板簧的刚度性能实验，提高了板簧刚度仿真计算的精度，加快了计 算速度，具有很好的工程应用价值。2、本专利技术的方法是中性面法的修正方法，在进行仿真分析的设置时无需建立完全 模型，在计算Ixx时将前两片板簧的抗扭系数相加，计算截面惯性矩Izz只取第一片板簧的惯 性矩，计算工作量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用机械仿真分析软件ＡＤＡＭＳ求解板簧刚度的方法，该方法运用等效中面法建立模型，应用平板和球体的接触加载载荷进行仿真分析；其特征在于：等效中面法可建立任何形式的板簧模型，所有主簧简化为在某个等效中性面的单片主簧，即沿板簧厚度方向中间层组成的近似曲面，再将中性面按厚度基本相似原则分成若干等强度直线段，利用ＡＤＡＭＳ中的Ｂｅａｍ梁单元来模拟这些等刚度直线段，按板簧中性面上各段真实特性设定Ｂｅａｍ梁单元相关参数，Ｂｅａｍ梁属性中计算Ｉ↓［ｘｘ］时将前两片板簧的抗扭系数相加，计算截面惯性矩Ｉ↓［ｚｚ］只取第一片板簧的惯性矩，主簧和副簧之间的接触利用ＡＤＡＭＳ中提供的Ｃｏｎｔａｃｔ接触力来实现；在板簧模型的夹紧区域中部建立一个球体，在球体上方创建一个大平板，创建接触力连接平板与球体，在平板上方加载集中载荷，在ＡＤＡＭＳ／Ｐｏｓｔｐｒｏｃｅｓｓｏｒ中绘制板簧的受力－变形曲线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙丽，刘永臣，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]