一种用机械仿真分析软件ADAMS求解板簧刚度的方法

摘要

本发明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。

主权项

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；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梁单元来模拟若干等强度直线段，按板簧中性面上各段真实特性设定Beam梁单元相关参数，Beam梁属性中计算抗扭常数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；其特征在于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，得受力‑变形仿真曲线；所述分析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中将建立好的主、副簧模型进行分段处理，为ADAMS建立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和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： I xx = ac 3 [ 16 3 - 3.36 c a ( 1 - c 4 12 a 4 ) , ( a ≥ c ) 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： I yy = Σi yy = Σ bh 3 12 式中：b为板簧片的宽度，h为板簧片的厚度，下同；Iyy是将板簧每一片板簧片的截面惯性矩相加，iyy是指每一片板簧片的截面惯性矩；③截面惯性矩IzzIzz＝hb3/12此处，只取第一片板的惯性矩；④剪切面积A：A＝∑bh将板簧每一片板簧片的剪切面积相加，另外，Y/Z Shear Area Ration均取1.2，Young Modules和Shear Modules根据材料属性取值，Damp Ratio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，然后在它与主簧接触位置的那个Box块的下平面创建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，直径应高出副簧最低点，在球体上方创建一个平板，平板的尺寸要大于板簧的宽度，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。