基于Hypermesh的板簧悬架模型建立与验证

基于HyperWorks的某重型卡车板簧支架轻量化设计晏全周【摘要】文章利用有限元分析软件HyperWorks平台建立某重型卡车的前板簧支架的拓扑空间,通过拓扑优化实现板簧支架的最优化的降重方案,进而在三维设计软件CATIA中进行模型的优化设计,最后通过对优化结构的应力分析校核优化结构的合理性,实现板簧支架降重目标.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)011【总页数】4页(P43-46)【关键词】板簧支架;拓扑;降重;结构优化【作者】晏全周【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司重型商用车研究所,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】U469.6前言板簧支架是重型卡车连接车架与钢板弹簧的重要零部件，其承受来自钢板弹簧的复杂的作用力。

在汽车设计中板簧支架作为 A类件（最重要的零部件类），设计时对其强度有着较高的要求。

而随着近年来全国各地限超限载政策法规的出台，以及国家对整车质量与公告法规一致性的检查，车辆零部件的轻量化越来越受到主机厂以及用户的重视。

重型卡车上板簧支架在设计初期要求在满足强度的前提下减少其自身重量，以满足强度和轻量化需求。

本文以某重型轻量化牵引车板簧支架为优化设计对象，应用CAE分析软件HyperWorks平台中的OptiStuct模板，利用拓扑优化技术，模拟板簧支架受力工况，得到拓扑骨架模型，从而建立板簧支架的优化模型，根据优化结果对板簧支架进行重新设计，并对优化设计合理性进行反向有限元分析验证，在满足强度要求的同时达到减重的目标。

1、拓扑优化设计方法1.1 变密度法拓扑优化是一种根据设定载荷、约束条件以及优化目标而寻求结构材料的最合理分布的一种方法。

拓扑优化之前需进行三要素设定：设计变量、目标函数和约束条件。

对于常用的连续体结构拓扑优化，具体实施方法有均匀法、变密度法、渐进结构优化法等。

变密度法是拓扑优化设计中常用的方法，其采用材料属性描述方式，其基本思想是引入一种假想的密度可变材料，建立物理参数（例如弹性模量、泊松比、许用应力等）与材料的密度之间的关系。

基于HyperMesh的车架拓扑优化设计任启丰;王军;王浩【摘要】以轻型卡车车架为研究对象,采用HyperMesh建立车架的有限元模型,分析车架的模态,得到原始车架的刚度和模态性能数据.利用OptiStruct对车架进行拓扑优化,并对优化后的模型进行静态及动态特性分析.分析结果表明:优化后的车架结构扭转刚度提高11.5％、一阶扭转频率增大36.7％、一阶弯曲频率提升11.7％,车架总体质量基本保持不变.基于有限元方法的拓扑优化技术应用在车架设计方面是可行的,采用此项技术可以大大提高车架的整体性能.【期刊名称】《山东交通学院学报》【年(卷),期】2013(021)001【总页数】4页(P6-9)【关键词】车架;模态;频率;拓扑优化【作者】任启丰;王军;王浩【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】U463.32车架一般由2根纵梁和几根横梁组成，经悬挂装置﹑前桥﹑后桥支承在车轮上。

由于汽车大部分零部件都安装在车架上，车架承受的载荷比较复杂。

车架的强度、刚度以及动态特性直接影响整车的使用寿命、乘坐舒适性、操纵稳定性等基本性能。

本文采用UG软件建立车架模型，利用HyperMesh进行网格划分，获得车架的有限元模型［1］，并对有限元模型进行模态分析。

对比试验与理论分析结果，对模型进行拓扑优化，得到使用性能更好的车架结构。

1 模态分析1.1 模型导入与网格划分将UG建立的三维几何模型导入到HyperMesh，利用几何清理工具，对模型进行修复，产生简化的几何模型，便于网格划分［2］。

车架有限元模型采用壳单元，根据实际车架不同部位赋予单元不同的厚度，有3.0，3.2，3.5，4.0，4.5，5.0，5.5，6.0，8.0 mm 几种。

使用的钢板材料属性见表 1。

基于Hypermesh的板簧悬架模型建立与验证徐论意【摘要】In the process of the frame strength analysis, leaf-spring suspension model is very important, which directly affects the accuracy of the results. In this article, the finite element model is established by the pre-processing software Hypermesh and the results are calculated by the post-processing software Msc.nastran. At the same time, the calculation results are compared with the experimental data, proved the reasonability of leaf-spring suspension model.%在车架强度分析过程中，板簧悬架模型的至关重要，其直接影响分析结果的准确性。

本文利用前处理软件Hypermesh 建立有限元模型，后处理软件 Msc.nastran计算出结果。

同时将计算结果与试验数据作对比，证明了板簧悬架模型的合理性。

【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P101-103)【关键词】车架;板簧悬架;有限元【作者】徐论意【作者单位】安徽江淮汽车股份有限公司，安徽合肥 230601【正文语种】中文【中图分类】U463.8CLC NO.: U463.8 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)01-101-03 在车架强度有限元分析过程中，板簧悬架模型至关重要，其直接关系到车架强度分析的准确性。

丁培林，赵月，郭虎，韩艳辉(东风商用车技术中心，湖北 武汉 430056)摘要：采用有限元法和多体动力学分析方法，分别基于Hyperworks和Adams软件两个平台，建立重型卡车前板簧有限元模型和多体动力学模型。

首先通过对标板簧垂向刚度台架试验，验证模型的准确性；然后在此模型的基础上，分析计算板簧的扭转刚度；最后，求解板簧扭转刚度和垂向刚度的比例关系，为板簧设计和卡车的制动特性、安全性提供可靠数据。

关键词：板簧；刚度特性；仿真分析Research on Simulation Analysis Method for Rigidity Characteristics of Heavy Truck Leaf SpringsDing Peilin, Zhao Yue, Guo Hu, Han Yanhui（Dongfeng Commercial Vehicle Technology Center, Wuhan 430056, China）Abstract: This article adopts two methods, finite element method and multi body dynamic analysis method�Based on Hyperworks and Adams software platforms respectively, this article establishes a finite element model and a dynamics of multi-body system model for the front plate spring of a heavy-duty truck� Firstly, the accuracy of the model is verified through bench tests on the vertical stiffness of the benchmark plate spring� Then, based on this model, this article analyzes and calculates the torsional stiffness of the leaf spring� Finally, solve the proportional relationship between the torsional stiffness and vertical stiffness of the leaf spring, providing reliable data for the design of the leaf spring and the braking characteristics and safety of the truck�Key Words:Leaf spring; Stiffness characteristics; Simulation analysis0　引言卡车悬架的刚度特性不仅影响卡车的平顺性与舒适性，还对其在行驶中的其他工况也有很大的影响，尤其在制动工况下。

基于HyperWorks的麦弗逊悬架下控制臂的优化作者：李成1 简介麦弗逊悬架在目前是大多数中小型轿车前悬架所首选的类型，对于麦弗逊悬架的下控制臂来说主要在加速、制动、过坎是承受纵向力，以及在转向是承受侧向力，对于垂向力下控制臂只是抵消前后橡胶衬套被扭转变形时的一些结构反力，垂向力主要由滑柱弹簧来承受，由于作用在控制臂上的垂向力在数量级上远小于纵向力及侧向力，所以在校核下控制臂时通常不考虑垂向力。

麦弗逊悬架的受力情况如图1所示。

图1 优化前控制臂模型图2所示为优化前的控制臂，材料为锻钢40Cr 为了保证足够的转弯半径，控制臂的结构设计空间较小，有应力集中区域如图3所示。

图2 优化前控制臂模型图3 优化前控制臂结构示意新款车型在原有车型基础之上，加宽了前轮距。

也即轮心坐标外移，其他硬点不做改动，这样控制臂多出结构优化空间，如图4比较所示。

图4 控制臂新的设计边界2 有限元模型的建立2.1 建立设计边界根据布置情况利用CAD软件建立起设计边界模型，如图5所示。

图5 新的控制臂拓扑优化边界2.2 优化前处理2.2.1 网格划分将建立的拓扑优化边界导入HyperMesh 划分网格，单元类型采用一阶四面体单元，最终网格划分情况如图6所示。

图6 划分网格2.2.2 添加材料创建出各向同性金属材料，参考手册或询问供应商得知其弹性模量及泊松比，如图7所示。

图7 添加材料2.2.3 设置属性划分优化区域及非设计区域，因为拓扑优化区域是由属性来识别的，所以通过多个属性可区分设计及非设计区域，本例中将控制臂前衬套外圈、后衬套芯轴、外球销点紧固螺栓孔设置为非设计区域，其他为设计区域，如图8所示。

图8 划分设计、非设计区域2.2.4 连接关系建立使用RBE2 单元将外球销点与三个紧固螺栓孔内壁节点连接、相同的操作将前后衬套中心点与对应节点连接。

2.2.5建立边界条件麦弗逊悬架控制臂分析时通常固定前衬套X、Y、Z三个方向平动(1、2、3)，后衬套点Y、X方向平动(2、3)，外球销点Z方向平动(1)，Loadtype 选择SPC,结果如图9所示(坐标系为整车坐标系)。

Journal of Mechanical Strength2023,45(4):845-849DOI :10.16579/j.issn.1001.9669.2023.04.012∗20211003收到初稿,20220228收到修改稿㊂ 十四五 国家重点研发计划(2022YFB2503505)资助㊂∗∗陈为欢,男,1983年生,福建泉州人,汉族,江铃汽车股份有限公司研发总院中级工程师,硕士,主要研究方向为车辆工程CAE 仿真分析及优化㊂汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究∗CAE SIMULATION ANALYSIS AND RIG TEST VALIDATIONRESEARCH OF AUTOMOBILE LEAFSPRING陈为欢∗∗㊀熊㊀伟㊀辛建伟㊀葛文韬㊀余显忠㊀周贤苏(江铃汽车股份有限公司产品开发总院,南昌330200)CHEN WeiHuan ㊀XIONG Wei ㊀XIN JianWei ㊀GE WenTao ㊀Yu XianZhong ㊀ZHOU XianSu(Jiangling Motors Co.,Ltd.,Nanchang 330200,China )摘要㊀针对新设计汽车钢板弹簧,有物理试验和计算机辅助工程(Computer Aided Engneering,CAE)仿真两种手段来评估板簧的疲劳寿命,物理试验周期长㊁费用高,CAE 仿真周期短㊁费用低㊂目的是找出一种应用CAE 仿真分析手段来有效分析预测钢板弹簧疲劳寿命的方法,从而实现缩短板簧开发周期并降低开发成本;对钢板CAE 仿真和台架试验进行了刚度及强度的对标分析,找出了能够准确模拟刚度和强度的CAE 刚强度仿真方法;在确保CAE 仿真模型能准确分析板簧刚强度的基础上,通过实测板簧材料疲劳性能曲线,基于Miner 累积损伤理论,应用不同表面修正系数对钢板弹簧进行寿命分析,并和疲劳台架试验对标进行分析,找出了一种能够较为准确评估板簧寿命的CAE 疲劳仿真分析方法㊂最终形成了一套基于CAE 分析的较为可靠的钢板弹簧疲劳寿命预测方法,该方法有效性较好,对有效预测汽车钢板弹簧的疲劳寿命具有较高的工程价值㊂关键词㊀汽车㊀钢板弹簧㊀疲劳寿命㊀台架试验对标中图分类号㊀TH16Abstract ㊀There are two methods to verify the durability characteristics of a new designed leafspring,there are physical testwhich takes more time and cost and CAE simulation which is time-saving and cost-saving.Aiming at coming up an effective CAE simulation of the leafspring life,the CAE simulation for stiffness and strength with rig test is validated.Base on the validated CAE method,with material property from test,CAE fatigue simulation is conducted with different surface treatment factor and validated with rig test to find out the best parameter for good life correlation.Finally,an effective CAE life prediction of automotive leafspring is provided,and the solution can serve as a good reference for the industry.Key words㊀Automobile ;Leafspring ;Fatigue life ;Rig test validation Corresponding author :CHEN WeiHuan ,E-mail :b 30156@ The project supported by the 14th Five Year National Key R&D Plan(No.2022YFB2503505).Manuscript received 20211003,in revised form 20220228.0㊀引言㊀㊀钢板弹簧作为汽车悬架的关键零部件,是汽车尤其是商用车悬架主流的配置之一,连接车身(车架)及车桥,工况恶劣,其疲劳寿命对整车可靠性㊁安全性具有重要的影响㊂产品开发中,对于板簧疲劳寿命的评估方法主要分为两种㊂第一种方法是物理试验,物理试验分为台架试验和道路强化试验㊂物理验证的特点是试验周期长,试验代价昂贵,代价巨大[1-6]㊂第二种方法是计算机辅助工程(Computer Aided Engineering,CAE)虚拟仿真分析,该方法具有效率高㊁周期短㊁成本低等优点,但是板簧疲劳寿命的准确度评估受到板簧应力分析结果的精度㊁板簧样件表面热处理㊁喷丸等加工因素的影响巨大[7-8]㊂为了获得一种可以较为准确预测分析板簧寿命的方法,本文对板簧台架试验和CAE 仿真进行对标㊂找出可以精确模拟板簧应力响应的建模方法,以及可以较为准确评估板簧寿命的表面修正系数的参数设置方法,具体仿真及台架对标流程如图1所示㊂1㊀板簧刚强度分析与试验对标分析㊀㊀要对疲劳耐久寿命进行精确仿真分析,CAE 仿真模型需要能够对其载荷应力响应进行精确的表述,因此必须确保CAE 仿真模型能够准确地模拟板簧的刚㊀846㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀图1㊀CAE 仿真与台架试验对标流程Fig.1㊀Flow chart of CAE simulation and rig test validation度及强度㊂1.1㊀板簧CAE 仿真有限元建模及分析㊀㊀板簧受力后会产生大变形及接触状态的变化,CAE 仿真分析时涉及几何非线性和接触非线性,需要很高的建模质量来确保仿真分析的收敛性㊂将完成参数确认的自由夹紧状态的板簧CAD 模型导入有限元前处理软件Hypermesh,Hypermesh 软件切换到Abaqus 模块,然后对板簧几何模型网格建模㊂由于网格的密度和精度有密切关系,网格越密,精度越高,计算量更大㊂本文以3~5mm 的六面体网格进行建模;网格阶数和计算精度有密切关系,二阶单元精度高于一阶单元精度,但由于二阶六面体单元不利于板簧接触分析的收敛,本文采用一阶六面体实体单元进行网格建模,每一片板簧在厚度方向采用四层网格㊂由于实体单元最外表面包裹一层料厚0.001mm 的壳单元可以增加表面积分点的数量,从而可以提高仿真精度[9],本文针对一阶六面体单元和一阶六面单元及其最外表面的实体单元表面包裹一层薄壳单元两种建模方式进行CAE 应力及刚度分析,然后和试验进行对标验证㊂完成建模后的有限元模型如图2所示,定义板簧材料为51CrV4㊂然后对板簧各片之间建立面对面的接触对,模拟板簧实际工作过程中各片间可能发生的实际接触行为㊂图2㊀板簧有限元模型Fig.2㊀Leafspring FEM基于板簧台架试验规范对板簧前后卷耳进行边界处理,即释放板簧长度方向的平动自由度及绕卷耳轴线方向转动自由度,约束其他自由度;在板簧座(板簧和车桥连接处)施加板簧设计的极限位移㊂由于板簧是大变形接触分析,属于几何和接触非线性的,求解器求解参数设置时,打开几何非线性选项,然后提交Abaqus 求解器求解获得板簧在弯曲变形条件下的应力分布㊂1.2㊀板簧刚度及应力台架试验㊀㊀根据板簧在垂向受载下的应力分布趋势,对板簧进行应变花贴片㊂图3为第一片板簧(含卷耳的簧片)及第三片板簧应变花贴片的效果图㊂如图4所示,将贴完应变花的板簧装配到试验台上㊂其中,板簧前㊁后卷耳T y ㊁T z ㊁R x ㊁R z 方向自由度进行约束,T x 和R y 自由度释放,T x 方向为板簧的长度方向,R y 方向为板簧卷耳绕其轴线转动方向,在板簧座施加板簧的设计允许Z 向位移为213.5mm㊂图3㊀第1片及第3片簧应变花贴片Fig.3㊀Leaf 1and leaf 3straingauging图4㊀台架试验Fig.4㊀Rig test1.3㊀仿真及台架试验结果对标分析㊀㊀首先,对刚度进行对标分析,因两种建模仿真分析方法的差异在于表面一层极薄的壳单元,不会影响整体刚度,刚度对标不加区分哪种建模方法㊂如表1所示为CAE 仿真和台架试验刚度数值比较㊂由表1可知,板簧主簧刚度仿真和测试值的误差为3.3%,复合刚度分析的误差为5.0%,因此验证了板簧有限元建模及刚度分析具有较高的可靠度,为其他分析提供了科学基础㊂表1㊀板簧刚度仿真与测试值对比Tab.1㊀Simulation and test result of leafspring stiffness测试Test CAE 仿真CAE simulation误差Error /%主簧刚度Primary stiffness /(N /mm)9093 3.3复合刚度Combined stiffness /(N /mm)1401475.0图5所示为第1片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究847㊀㊀板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0),从曲线可以判断,基于一阶六面体网格加表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异很大㊂表2所示第1片板簧为一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表2可知,仿真精度能达到90%㊂图6所示为第1片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第1片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法可以具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图5㊀第1片簧应力分布曲线Fig.5㊀Curves of leaf 1stressdistribution图6㊀第1片板簧应力分布云图Fig.6㊀Stress nephogram of leaf 1表2㊀第1片簧测试应力和仿真应力对比Tab.2㊀Comparison of leaf 1test stress and simulation stress 应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa 仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65113311230.9应变花2Gauge 2-130******** 2.6应变花3Gauge 3-23013281364-2.6应变花4Gauge 4-33012691305-2.8应变花5Gauge 5-43010651092-2.5应变花6Gauge 6-530822748.98.9应变花7Gauge 7-590425421.13.0图7所示为第3片板簧在两种CAE 建模方法下板簧应力沿弧长方向的分布曲线及台架实测的应力沿板簧弧长方向的分布曲线(板簧中心螺栓坐标为0)㊂从曲线可以判断,基于一阶六面体网格及其外表面包壳的CAE 建模方法的分析结果和试验对标良好,而单纯一阶六面体单元的仿真结果和试验结果差异巨大㊂表3所示为第3片板簧一阶六面体单元及表面包裹薄壳单元的仿真值和测试值的对比㊂由表3可知,仿真精度能达到90%㊂图8所示为第3片板簧CAE 仿真模型在台架试验各应变花测试点的应力分析结果㊂从第3片板簧的仿真与试验对标结果判断,网格尺寸3~5mm 的一阶六面体单元及其外表面包裹一层薄壳单元的CAE 建模仿真分析方法具有非常好的仿真精度,其精度可以支持疲劳对标分析㊂图7㊀第3片簧应力分布曲线Fig.7㊀Curves of leaf 3stress distribution 表3㊀第3片簧测试应力和仿真应力对比Tab.3㊀Comparison of leaf 3test stress and simulation stress应变花Strain gauge 坐标Coordinate /mm测试Test /MPa仿真Simulation /MPa 误差Error /%应变花1Gauge 1-65722737.4-2.1应变花2Gauge 2-130925954-3.1应变花3Gauge 3-23011001149-4.4应变花4Gauge 4-33011701221-4.5应变花5Gauge 5-4309801035-5.6应变花6Gauge 6-530580550.5 5.1应变花7Gauge 7-62041403.6图8㊀板簧3应力分布云图Fig.8㊀Stress nephogram of leaf 32㊀板簧台架疲劳CAE 分析及试验对标㊀㊀强度分析不足以在设计阶段对板簧疲劳寿命进行定量评估,因此,需要进行疲劳分析来对其耐久寿命进行评估㊂板簧的疲劳寿命除了和在外力作用下受到的应力水平及材料特性有关外,也和制造工艺有关㊂板簧的热处理及喷丸工艺对其寿命影响显著,本文针对不同的表面修正系数与寿命的关系进行了台架试验对标分析㊂2.1㊀钢板弹簧材料参数测试㊀㊀为了获取钢板弹簧的材料疲劳参数,对板簧坯料㊀848㊀机㊀㊀械㊀㊀强㊀㊀度2023年㊀进行取样㊂之所以是对钢板弹簧坯料而不是板簧样件进行取样测试,主要是因为板簧样件具有一定的弧度及表面热处理,会影响疲劳性能参数㊂表4所示为实测的板簧坯料材料性能参数,由表4中参数拟合获得S-N 曲线㊂表4㊀板簧材料疲劳测试参数Tab.4㊀Leafspring material fatigue parameter序号No.最大应力Max stress /MPa应力幅值Stress amplitude /MPa寿命Life /cycle 1950405513942950405873823950405760904750315192360575031516440867503151272527700292.53470788700292.52720649700292.558519710680283.553923711680283.571685412680283.552692013680283.588862114680283.576730415650270135681716650270905346176502702394278186502701635917196502707562412.2㊀台架试验㊀㊀板簧应变花贴片会影响板簧的表面组织,从而影响板簧的疲劳寿命,取新的板簧样件5件,安装于台架上(图9),进行板簧的台架疲劳寿命试验㊂板簧疲劳测试方法为:先将板簧垂向加载至板簧满载弧高,然后以满载到板簧极限行程的位移幅值做往复正弦加载分析,试验至板簧断裂为止㊂图9㊀板簧台架疲劳测试Fig.9㊀Leafspring fatigue rig test2.3㊀不同CAE 仿真设置与台架试验对标㊀㊀本文选取5组板簧样件为试验对标对象,样件来源于经过严格工艺控制的同一生产批次㊂为规避各组样件间尺寸偏差对对标精度产生影响,对每组实物样件进行点云扫描;然后基于点云逆向绘制三维CAD 模型,基于样件逆向的CAD 模型创建CAE 模型;最后进行疲劳仿真对标分析㊂疲劳分析时,不同应力状态求解方法如下:约束边界条件,板簧前后卷耳释放沿板簧长度方向的自由度及绕卷耳轴线方向自由度,其他自由度约束;在板簧座分别施加垂向位移D Z1㊁D Z2㊁D Z3,获得三个有限元模型,并基于Abaqus 求解获得三个.odb 结果文件㊂其中,D Z1为板簧从自由状态位移到板簧在整车满载静止平衡状态下位移量,D Z2为板簧从自由状态位移至板簧在整车状态下的极限位移值(限位块压缩到极限位置),D Z3=D Z1-(D Z2-D Z1)㊂该规范依据损伤等效原则[10],将试验场实测板簧垂向位移的随机信号转换成等幅值的规则谱信号[11]㊂由于钢板弹簧在垂向受载时,理论最大应力幅值位置不发生变化,为了简化试验设置,台架试验时仅等效为一种台架试验载荷进行台架试验㊂将上述三个有限元结果文件导入疲劳分析软件,模拟和试验一致的疲劳受力流程计算疲劳寿命㊂疲劳分析时需要考虑表面粗糙度疲劳分析软件,软件有Polished 和As Rolled 等类型,考虑板簧的制造过程为滚压成型,本文将表面粗糙度设置为As Rolled 类型,即滚压类型㊂由于大部分疲劳失效起源于板簧的表面,因此,工程实践中通常通过表面处理来提高板簧的疲劳寿命㊂热处理及喷丸是板簧表面处理的重要工艺,喷丸工艺通过引入表面的残余压应力来提高表面疲劳寿命㊂喷丸工艺参数对表面的残余压应力及疲劳寿命有很大的影响㊂本文为了研究某一板簧供应商的表面处理工艺过程对板簧疲劳寿命的影响,在疲劳软件中对表面处理系数(Surface Treatment Factor,STF)进行对标研究㊂疲劳仿真分析过程中,针对每个样件,分别采用1.0㊁1.1㊁1.2三个不同的表面系数进行仿真分析,仿真分析结果与试验结果如表5所示㊂由表5可知,表面处理系数对仿真疲劳寿命影响显著,表面处理系数值越大,仿真疲劳寿命越长;试验寿命值介于表面处理系数1.1与1.2所对应的仿真疲劳寿命值之间,且与表面处理系数1.1的仿真疲劳寿命值更接近;同时,考虑到试验值与仿真值之间的安全裕度,板簧仿真分析过程中,表面处理系数采用1.1能获得更高的对标精度,图10和图11所示分别为样件3台架试验结果和CAE 仿真分析结果,断裂位置仿真与试验非常接近㊂其中,五个实物样件均从宏观和微观入手进行了板簧断裂失效机理分析,宏观断口形貌见图12,可见明显的瞬断区㊁疲劳扩展区与疲劳源区,属于典型的疲劳断裂㊂对疲劳源区进行电镜扫描观察,图13所示为源区的微观形貌,未见明显冶金缺陷㊂㊀第45卷第4期陈为欢等:汽车钢板弹簧CAE 仿真分析与台架试验对标研究849㊀㊀表5㊀不同表面修正系数仿真结果和台架试验对标Tab.5㊀Different CAE result and rig test result疲劳寿命Fatigue life表面处理系数STF样件1Sample 1样件2Sample 2样件3Sample 3样件4Sample 4样件5Sample 51887947909898347918771098141.1103464883431190981090061257301.2136884114737151946142409154406试验Test 10909190800125106118963130205图10㊀断裂板簧台架试验Fig.10㊀Rig test of fractureleafspring图11㊀疲劳寿命CAE 仿真结果Fig.11㊀CAE simulation result of fatiguelife图12㊀试件断口宏观形貌Fig.12㊀Macro morphology of the specimenᶄsfracture图13㊀疲劳源区微观形貌Fig.13㊀Micro morphology of initialization3㊀结语㊀㊀为了找出CAE 仿真板簧疲劳寿命的有效方法,首先对板簧刚强度仿真模型进行台架试验对标,找出了能够保证仿真精度的板簧CAE 仿真建模方法;然后基于实测板簧疲劳材料参数,应用不同的表面修正系数对板簧进行疲劳寿命对标研究,找出和试验结果较吻合的CAE 仿真参数设置㊂得出了以下结论:1)板簧基于3~5mm 一阶六面体单元进行建模,无法获得精确的强度分析结果;基于一阶六面体单元包裹壳单元(0.001mm 厚)进行建模,刚强度分析结果和台架试验对标良好,模型可以用于疲劳寿命仿真分析㊂2)板簧疲劳仿真分析中,板簧的表面修正系数对疲劳仿真结果影响很大,本文所研究板簧厂的板簧表面修正系数取1.1能和台架试验良好对标㊂3)该板簧CAE 仿真分析及对标具有较大的工程价值㊂参考文献(References )[1]㊀MEHMET B,BASARAN O,CANER D.Correlation of simulation testbench and rough road testing in terms of strength and fatigue life of a leaf spring [C]ʊ2017Procedia Engineering,2018(213):303-312.[2]㊀AHMET K,MURATHAN S,TOLGA E,et al.Parabolic leaf springoptimization and fatigue strength evaluation on the base of road load data,endurance rig test and non linear finite element analysis [R].SAE Technical Paper,2011:2011-01-0438.[3]㊀顾永梁.少片钢板弹簧的结构设计与疲劳寿命计算[D].长沙:湖南大学,2012:4-8.GU YongLiang.Taper leafspring structure design and fatigue life calculation [D ].Changsha:Hunan University,2012:4-8(In Chinese).[4]㊀KONG Y S,OMAR M Z,CHUA L B,et al.Fatigue life prediction ofparabolic leaf spring under various road conditions[J].EngineeringFailure Analysis,2014(46):92-103.[5]㊀MEHMET B,MURAT S,SERTER prehensive durabilityassessment of leaf springs with CAE methods [R].SAE Technical Paper,2014:2014-01-2297.[6]㊀MURATHAN S,NILAY G,MUSTAFA K,et al.Parabolic leaf springfatigue life based on road load data,endurance rig test and wind up evaluations [R].SAE Technical Paper,2012:2012-01-0227.[7]㊀TAKAHASHI K,AMANO T,ANDO K,et al.Improvement of fatiguelimit by shot peening for high-strength steel containing a crack-like surface defect[J].International Journal of Structural Integrity,2011(2):281-292.[8]㊀MIAO H Y,DEMERS D,LAROSE S,et al.Experimental study ofshot peening and stress peen forming [J ].Journal of MaterialsProcessing Technology,2010(210):2089-2102.[9]㊀KONG Y S,ABDULLAH S,OMAR M Z.Failure assessment of a leafspring eye design under various load cases [J].Engineering FailureAnalysis,2016(63):146-159.[10]㊀葛文韬,龚春辉,刘㊀洲,等.基于实测载荷谱的板簧衬套载荷谱提取及台架疲劳试验[J].机械强度,2020,42(1):43-49.GE WenTao,GONG ChunHui,LIU Zhou,et al.Bush load extraction based on road load and rig test[J].Journal of Mechanical Strength,2020,42(1):43-49(In Chinese).[11]㊀朱剑峰,张君媛,陈潇凯,等.汽车控制臂台架疲劳试验载荷块编制[J].吉林大学学报(工学版),2017,47(5):1367-1372.ZHU JianFeng,ZHANG JunYuan,CHEN XiaoKai,et al.Automotive control arm fatigue rig test load block construction [J].Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition ),2017,47(5):1367-1372(In Chinese).。

10.16638/ki.1671-7988.2019.13.037基于参数化的钢板弹簧悬架系统运动仿真周荣炜（厦门金龙旅行车有限公司，福建厦门361006）摘要：文章基于“参数化设计”、“SAE圆弧法”，快速、准确、直观地模拟了多片簧钢板弹簧悬架系统的运动情况。

对减振器、传动轴、稳定杆、吊耳等悬架零部件的设计及悬架系统的运动仿真，提供了便捷的途径。

关键词：参数化；SAE圆弧法；钢板弹簧悬架系统；运动仿真中图分类号：U463.33 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)13-106-04Motion simulation of leaf spring suspension system based on ParameterizationZhou Rongwei（Xiamen golden dragon bus Co. LTD, Fujian Xiamen 361006）Abstract:Based on "parametric design" and "SAE circular arc method", this paper rapidly, accurately and intuitively simulates the motion of multi-leaf spring leaf spring suspension system. It provides a convenient way for the design of shock absorber, transmission shaft, stabilizer rod, suspension lug and other suspension parts and the motion simulation of suspension system.Keywords: parameterization; SAE arc method; leaf spring suspension system; motion simulationCLC NO.: U463.33 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)13-106-04前言在非独立悬架系统中，钢板弹簧悬架应用非常广泛。

悬架整车性能Hypermesh有限元分析仿真试验指导书吉林大学汽车实验室编写：李静2013年10月一、实验目的(1)掌握应用有限元仿真方法分析悬架零部件的方法。

(2)了解有限元的基本思想，通过转向节强度分析实验，掌握有限元分析基本步骤。

(3)熟悉HyperMesh软件的面板，掌握HyperMesh10.0菜单布局结构，学习使用各类菜单操作。

二、实验用仪器设备及软件HyperMesh10.0能完成Hypermesh建模及计算的笔记本电脑或台式机。

三、操作步骤1．打开hypermesh,在User Profiles 窗口选择Nastran选项图1 选择求解器2．导入模型,如图2所示,三中方式任选其一:a.File >Openb.File >Importc.单击工具栏上的Import按钮单击主菜单栏上方工具栏的按钮,使模型以带表面和边框的形式显示(图3):图2 导入CAD模型图3 改变显示方式3．删除实体单击快捷键F2(删除),出现如图4所示面板,单击左上角的倒三角符号,在出现的面板图4 删除面板中选择solids, 若当前面板没有solids选项,则单击左右换页键如图5所示:图5 选择实体接下来左键单击黄色的solids选框,出现如图6所示面板,选择all或者displayed,这时整个实体模型被选中,单击主面板右上角delete entity按钮,删除实体。

图6 选中全部实体4．几何清理单击快捷键F11(快速几何编辑)，出现如图7所示快速编辑面板，使用相关功能对转向节进行快速清理编辑，如添加、删除点，合并边，压缩边等，编辑完成后点击return。

图7快速几何编辑面板清除倒角选择Geom页面菜单，在Geom面板上选择defeature，出现如图8所示面板，选择surf fillets，将min radius改为0.1，max radius改为3，单击find，出现如图9所示面板，图8 defeature面板单击surfs选框，确保其出于选中状态（高亮），然后再单击转向节上需要去除的倒角面，再点击remove如图10所示图9 倒角清除面板消除前消除后图10 消除倒角自动清理在页面菜单栏,单击Geom,进入Geom面板,单击autocleanup,如图11所示图10 选择autocleanup在autocleanup面板(如图12),单击surfs选框,在他不出的面板中选择all,单击Topology cleanup parameters下方切换按钮,切换成use current parameters,单击edit parameters,出现parameters File Editor 面板,将Target element size设置为3(如图13),单击OK返回autocleanup面板图12 autocleanup面板图13 parameters File Editor单击Elements quality criteria下方切换按钮,切换成use current criteria,单击edit criteria(如图12),出现Criteria File Editor面板,将Target element size设置为3,Min Size设置为1, Max Size 设置为6(如图14), 单击OK返回autocleanup面板,单击右上角autocleanup进行自动清理。

10.16638/ki.1671-7988.2020.03.029基于ADAMS与HyperWorks发动机前悬置支架的强度分析陈太荣，尤国贵，李瞳，严磊（徐州徐工汽车制造有限公司，江苏徐州221100）摘要：利用Hypermesh生成发动机前悬置上支架的柔性体文件，在ADAMS中建立发动机前悬置的刚柔耦合的多体动力学模型，并输出载荷。

运用惯性释放法分别研究了在垂直冲击、转弯、制动、倒车四种工况下前悬置上支架的强度，验证前悬置支架是否满足强度设计要求以及方案的可行性，对新产品的设计和开发有一定的指导作用。

关键词：强度分析；惯性释放法；前悬置支架中图分类号：U464 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2020)03-96-04Strength Analysis of the Engine Front Suspension Bracket Basedon ADAMS and HyperWorksChen Tairong, You Guogui, Li Tong, Yan Lei( Xuzhou Xu Gong Automobile Manufacturing Co., Ltd., Jiangsu Xuzhou 221100 )Abstract:Using Hypermesh to generate the flexible body file of the front mount bracket of engine. A multi-body dynamic model for the rigid -flexible coupling of the front mount bracket of engine was created in ADAMS. Output loads of ADAMS. In this paper, the strength of the front mount bracket is studied by the inertial releasing method in the vertical impact, turning, braking, astern working conditions. Verify whether the front mount bracket meets the design requirements and test the feasibility of the scheme. The paper has some guidance for the design and developments of new products.Keywords: Strength analysis; Inertial releasing method; Front mounting bracketCLC NO.: U464 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2020)03-96-04引言在汽车的研发过程中，汽车的噪声与振动控制是必须考虑的重要问题之一。