多片钢板弹簧参数化有限元分析与优化系统研究-机械制造及其自动化专业论文.docxVIP

RESEARCH ON PARAMETRIC FINITE ELEMENT ANALYSIS AND OPTIMIZATION SYSTEM OF MULTIPLE LEAF SPRINGS A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Liu Fengjing Supervisor: Professor Zhong Peisi College of Mechanical and Electronic Engineering May 2009 声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date: 山东科技大学硕士学位论文摘 山东科技大学硕士学位论文 摘 要 摘 要 钢板弹簧是载货汽车和部分客车的非独立悬架中主要采用的弹性元件，具有结构简 单、制造维修方便、传力性能好等特点，其性能对于汽车的行驶平顺性以及操纵稳定性 有重要影响。对于同类型的钢板弹簧，结构形式相似，仅仅是片数以及几何尺寸上的区 别。如果采用常规的计算分析方式，则每一类型的板簧都需要重新建模，这样重复的工 作量将很大，且 ANSYS 的全英文界面给从事分析计算的人员带来了一定的困难。为克 服重复建模与分析带来的问题，本文引入 APDL 参数化设计的思想，实现有限元分析过 程的全程参数化，包括钢板弹簧的接触分析与优化设计。 本文采用共同曲率法对某多片钢板弹簧的强度和刚度进行了研究，基于有限元软件 ANSYS 参数化命令语言 APDL 对钢板弹簧进行建模与分析，定义装配及负载两种载荷 工况，得到板簧各片应力及应变值，从而得到有限元计算的刚度和强度。与共同曲率法 作对比分析，得出有限元分析的合理性和优越性，为解决板簧接触问题应力计算问题提 出一种合理的方案。在应力分析的基础上，本文还对钢板弹簧的结构尺寸进行优化设计， 以板簧总成的体积为目标函数，在强度允许范围内，得出最优的设计序列，减轻了板簧 质量。 本文采用二次开发语言 UIDL 在 ANSYS 中开发出一套基于 ANSYS 中文界面的多片 钢板弹簧参数化专用分析模块，同时结合 APDL 语言实现参数化宏文件读取的可视化操 作，能够使用户避免大量的建模、划分网格、加载等前处理及后处理工作，提高了分析 效率和软件的方便易懂性。 关键词：钢板弹簧，ANSYS，参数化设计，有限元分析，优化设计，二次开发 ABSTRACT Leaf spring is the main elastic component of rigid axle suspension used in lorry and some kinds of passenger trains. It is simple, convenient in maintenance and it has good performance in transferring force. Its characteristics have an important influence on vehicle running smoothness and handling stability. For the same type of leaf springs, they are similar in structure and the only difference between them is in the geometry size. If the conventional calculation method