基于有限元分析的某重型车桥空簧压板结构优化设计

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摘 要：某重型车桥空簧结构压板在螺栓拧紧后出现变形，通过结构优化设计和有限元分析相结合的设计手段，最终确定了最优改进方案并通过了验证。

关键词：有限元分析;重型车桥;结构优化

中图分类号：U462  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2019）15-79-03

Abstract： A heavy axle’s pressing plate of air spring structure is deformed after the bolt is tightened. The optimal improve -ment scheme is finally determined and verified by the combination of the structure optimization design and finite element analysis.

Keywords： Finite Element Analysis; Heavy Axle; Structure Optimization

CLC NO.： U462  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2019）15-79-03

引言

螺栓连接作为一种可拆卸式的连接方式，广泛应用于各种机械设备中联结件厚度不大的场合。螺栓连接中，连接件和被连接件相互之间的作用力比较复杂，螺栓预紧力和相互间接触是比较重要的两个特点。

我们在对重型车桥垫压板结构设计时，往往忽略了螺栓预紧力对其的影响。例如某重型车桥空簧结构压板在螺栓拧紧后出现轻微变形，中间高出两边0.8mm左右，如图1所示。

基于有限元方法，采用非线性分析软件对考虑螺栓预紧工况下的空簧压板结构进行仿真分析。

接触问题是一种典型的边界条件非线性问题，即边界条件在分析过程中发生变化，其特点是：边界条件不是在计算的开始就可以全部给出，而是在计算过程中确定的，接触体之间的接触面积和压力分布随外载荷变化。

1 计算模型建立

1.1 方案结构说明

原始结构垫压板焊缝长度均为60mm，如图2所示;改进方案一为在垫压板之间增加支撑板结构，如图3所示;改进方案二为将垫板和压板焊缝分别加长至100mm和130mm，如图4所示。

1.2 仿真模型建立

（1）材料参数

材料参数如表1所示。

（2）仿真模型

采用车辆前进坐标系，x轴指向车辆前进方向，y轴指向前进方向的左侧，z轴竖直向上。采用mm， s， t有限元常用单位制。

整桥结构为铸造件，属于实体结构，采用10结点四面体单元划分实体网格，得到如图5所示的整桥结构有限元模型。

（3）连接定义

连接定义如表2所示。

1.3 计算工况说明

约束方式为在C型梁两下推杆支座中心处施加约束（第1自由度），在C型梁空氣弹簧支座中心处施加约束（第3自由度）并在上推力杆支座中心处施加约束（第1、2自由度）[1][2]。

（1）考虑螺栓预紧

原始结构及改进方案一、改进方案二的仿真结果对比说明如表3所示。

3 结论

本文基于有限元方法，采用非线性分析软件对考虑螺栓预紧工况下的空簧压板结构进行仿真分析，明确了螺栓预紧力对其的影响，并通过结构优化设计大幅降低了压板的最大变形。

参考文献

[1] 刘惟信.汽车车桥设计.清华大学出版社，2004.

[2] 赖姆佩尔.悬架元件及底盘力学.吉林：吉林科学技术出版社，1991.

[3] 丁炜琦，孙超.基于拓扑优化的某重型车桥桥壳轻量化设计[J].汽车实用技术，2011，11：21-23.

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