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某钢板弹簧结构优化设计LI Shun-ming;ZHANG Kai-cheng;WEN Jing【摘要】钢板弹簧对于汽车的行驶平顺性、舒适性具有重要的作用.针对某汽车的特殊工作需求,开展了其后钢板弹簧结构的优化设计.首先基于有限元分析法,考虑相关参数,建立了后板簧的计算模型;其次对该模型进行了动力学强度分析,得到了板簧应力特征及其在特殊要求工况下薄弱环节;然后提出优化方案,以最大应力最小化为优化目标,对板簧进行结构优化,并对优化后的板簧进行动力学强度分析,对比说明优化方案的可行性及优点.研究结果表明:优化后的板簧结构满足材料许用应力要求,并且板簧总厚度改变不大,整车姿态不变.优化设计后的板簧试制并装车,进行耐久性考核试验,取得了满意的效果.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】7页(P111-117)【关键词】钢板弹簧;动力学;强度;结构优化【作者】LI Shun-ming;ZHANG Kai-cheng;WEN Jing【作者单位】【正文语种】中文【中图分类】TH16;TP391.71 引言悬架是汽车上的一个重要组成部分，是确保车轮或车轴与车架之间弹性链接的结构。
汽车悬架在工作过程中需要满足平稳、减振性好、质量轻、强度大、寿命长等要求[1]。
悬架主要由弹性元件、导向机构和减振器组成，其中弹性元件包括钢板弹簧、螺旋弹簧、空气弹簧等[2]。
钢板弹簧由于其可兼做导向机构的特点，目前被广泛使用于货车和部分客车的非独立悬架中。
钢板弹簧有多片截面式、少片截面式、主副簧复合式和渐变刚度式等[3]。
目前，汽车板簧的设计计算已存在多种计算方法，如共同曲率法、集中载荷法、综合法、CAE法等等。
前苏联的帕尔希洛夫斯基使用共同曲率法和集中载荷法计算了板簧的应力[4]；国内，杨宗孟老师给出了提高共同曲率法计算精度的计算模型，推导了考虑片间接触的相关计算公式。
板簧作为汽车中必不可少的连接结构，针对其结构性能及轻量化设计已开展了大量的研究[5-7]。
基于遗传算法和神经网络的汽车板簧支架多目标优化设计摘要：本文探讨了一种方法。
起首，我们介绍了汽车板簧支架的背景和重要性。
然后，我们详尽介绍了遗传算法和神经网络的原理和应用。
接着，我们阐述了我们的多目标优化设计方法以及实施步骤。
最后，我们使用该方法对某款汽车板簧支架进行了优化设计试验，并对试验结果进行了分析和谈论。
试验结果表明，接受我们提出的方法，能够显著提高汽车板簧支架的性能和效能。
1. 引言汽车板簧支架作为汽车重要的结构零部件之一，承担着车辆悬挂系统的承载和减震功能。
其设计质量直接影响了汽车的悬挂和行驶性能。
因此，如何优化设计汽车板簧支架成为了汽车工程师们关注的焦点。
2. 遗传算法遗传算法是一种受到自然进化启发的优化算法，主要用于解决复杂的组合优化问题。
其基本原理是模拟自然界中的进化过程，通过模拟遗传、变异、选择等操作来查找最优解。
遗传算法具有全局查找能力和适应性优势，能够较好地解决多目标优化问题。
3. 神经网络神经网络是一种模拟人类神经系统工作方式的数学模型，通过构建多层网络结构，模拟神经元之间的毗连和传递，实现信息处理和进修功能。
神经网络可以通过进修和训练不息优化模型参数，从而提高性能。
在优化设计问题中，神经网络可以通过进修代表问题解空间的非线性映射干系，援助查找最优解。
4. 多目标优化设计方法本文提出的多目标优化设计方法由遗传算法和神经网络相结合。
详尽步骤如下：(1) 收集问题相关数据和参数，包括汽车板簧支架的几何参数、材料特性和载荷要求等。
(2) 利用遗传算法进行初始设计，生成一组优化的初始个体集合。
(3) 使用神经网络对初始个体集合进行评估，得到每个个体的性能指标。
(4) 依据性能指标对个体进行排序和选择，保留一部分优秀个体。
(5) 使用遗传算法进行遗传操作（交叉和变异），生成新的个体集合。
(6) 重复步骤(3)~(5)，直到达到设计要求。
5. 试验结果分析我们以某款汽车板簧支架为例进行了优化设计试验，并对试验结果进行了分析和谈论。
10.16638/ki.1671-7988.2018.03.027基于ANSYS软件对某重型汽车板簧固定支架进行优化设计邹衍（安徽江淮汽车集团股份有限公司，安徽合肥230601）摘要：在重型汽车悬架中，板簧支架承受悬架系统通过板簧传递给车架的力，起重要作用，属于关键承载元件。
文章介绍了一种基于ANSYS软件对板簧固定支架进行有限元分析，并进行优化设计的方法。
关键词：板簧固定支架；有限元分析；优化设计中图分类号：U462.1 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2018)03-82-03Optimization design of a heavy automobile plate spring fixed support basedon ANSYS softwareZou Yan( Jiang Huai Automobile Corp of Anhui, Anhui Hefei 230601 )Abstract:In heavy-duty automobile suspension, the plate spring support plays an important role in the force that the suspension system transmits to the frame through the leaf spring, and belongs to the key bearing component. This paper introduces a method based on ANSYS for the finite element analysis of the leaf spring fixed support, and to optimize the design.Keywords: the plate spring support; finite element analysis; optimize the designCLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2018)03-82-03前言板簧固定是重型汽车悬架系统中的一个重要组成部件，它在汽车悬架中起承载作用，受力较大，如果板簧固定支架的强度不能满足使用要求，会使悬架系统承载能力失效，影响车辆行车安全[1]。
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。
第36卷第3期 齐 齐 哈 尔 大 学 学 报（自然科学版） Vol.36,No.3 2020年5月Journal of Qiqihar University(Natural Science Edition)May,2020汽车板簧支架多目标优化设计模型研究陈亮，辛顺强（福建水利电力职业技术学院，福建 永安 366000）摘要：针对汽车板簧支架多目标轻量化设计问题，提出 一种基于最小二乘法拟合的响应曲面近似模型的多目标轻量化设计方法，寻找板簧支架刚度和强度的冗余和不足。
同时对一阶Taylor 展开式和三种二阶Taylor 展开式进行 4次拟合比较并与Kriging 近似模型进行 分析比较，得到 更优越的设计模型，为后续汽车重要零部件的静强度及抗疲劳研究提供指导。
关键词：板簧支架；响应曲面模型；结构优化；轻量化中图分类号：U463 文献标志码：A 文章编号：1007-984X(2020)03-0045-06汽车板簧支架是汽车上支撑板簧或其它部件的重要零件，在汽车不同运行条件下，该类零件承受较大的交变冲击载荷作用[1]。
为此，必须保证其在不同的路况都具有良好的综合力学性能。
启培，高沛等人对某板簧支架的结构进行 优化设计[2]，但并未考虑颠簸路面对板簧支架对受力的影响，也未对设计方法进行设计校核。
陈立娜，张维刚针对发动机罩多目标优化设计问题使用Kriging 模型进行求解[3]，但未能和其它算法进行比较。
本文针对汽车板簧支架多目标轻量化设计问题，提出 一种基于最小二乘法拟合的响应曲面近似模型的多目标轻量化设计方法，寻找板簧支架刚度和强度的冗余和不足。
同时，本文对一阶Taylor 展开式和3种二阶Taylor 展开式进行 4次拟合比较并与Kriging 近似模型[4]进行 分析比较，得到 更优越的设计模型，为后续汽车重要零部件的静强度及抗疲劳研究提供指导。
1 响应曲面建模方法在响应曲面建模中，假 y 为产品或过程或参数的质量特性即响应，与输入变量X 存在如下关系[5]：()y f X δ=+ 其中：[]12,,,k X x x x =⋯。
汽车少片弹簧的优化设计1概述近几年来，许多国家从节能角度出发，力求使车辆轻量化，而汽车钢板弹簧则是实现汽车量化的一个不可忽视的部件。
为减轻钢板弹簧的重量和改善平顺性，在汽车上越来越多地使用由一片或几片纵向变厚端面弹簧组成的钢板弹簧。
这种弹簧不仅在轿车上用，而且在火车上应用也较多。
现在汽车上采用的变厚截面的弹簧主要有两种型式：叶片宽度不变和宽度向两端渐变的弹簧。
这里指讨论叶片宽度不变的少片弹簧。
2等应力梁及其几何形状等应力梁是指任一截面处最大应力都相等的梁。
如下图所示，假设等应力梁的上面为一平面，下面为一个曲面，作用在弹簧端部的载荷为P ，弹簧宽度为b ，那么弹簧中央部位A —A‘处的最大应力A σ为26A Pl bh σ=弹簧任一截面x 处的最大应力x σ为 26x x Px bh σ= 根据等应力梁的定义，二者影响等，故联立得12()x x h h l= 由此可见，等应力梁的厚度沿长度方向按抛物线规律变化。
图13 抛物线形叶片弹簧3.1理想的抛物线形弹簧和抛物线弹簧从理论上讲，讲叶片弹簧制造成等应力梁的形式，使各处最大应力相等时最合理的，材料作用也充分。
一般把上图所示的抛物线形状制造的叶片弹簧成为理想的抛物线形弹簧。
由于这种弹簧端部不能承受切向力，因此实际上是不能使用的。
要想使其端部能承受切应力，则需要加强卷耳末端的强度。
下图为加强了的抛物线形叶片弹簧，称之为抛物线形弹簧。
考虑到弹簧的装夹情况，将弹簧的中央和两端，将图中AB 段和CD 段两部分分别制成相等的厚度，将BC 部分制成按抛物线规律变化的厚度。
图23. 2抛物线形弹簧的刚度根据马莫发(虚载荷法)可以求出在载荷作用点处的变形0l p l xdx f M M EJ =∫ 算式中 p M l M 分别为由载荷P 和单位力所引起的力矩；x J 为叶片弹簧在任一截面处x 处的惯性矩。
弹簧在不同长度范围内x J 值各不相同，分别为10x l ≤≤时，311/12x J J bh n ==12l x l ≤≤时，333222/12()/12x xx J bh n b h n l == 2l x l ≤≤时，322/12x J J bh n ==p M l M 可分别表示为,p l M xP M x ==将上诉各个公示带入几分算式中，求得3322[1()]3Pl l f k EJ l=+ 332212/12,1,/J bh n k h h ββ==-=式中n 为弹簧的片数。
