板簧的案例
ADAMS 板簧工具箱 建模指導規范(附板簧工具箱插件） ￥39.9
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0 前言
本操作手冊講述了采用ADAMS 板簧工具箱LeafTool 工具進行板簧系統模型搭建的詳細過程，包含板簧幾何建模、板簧連接、剛度校正和板簧總成裝配等。
基于 Adams/car 板簧工具箱建立板簧模型 ￥5
使用軟件Adams/Car Adams 2013，加載 Leaf spring Toolkit板簧工具箱。
板簧建立的一般流程：
在建立模型之前需要收集板簧建模相關的數據如：自由弧高、板簧片數以及板簧厚度等。具體參數在建模過程中具體介紹。
1、首先打開 Adams/car ，進入 template builder 界面。
●點擊菜單 leaf tool，選擇 OG Profile Generator 如下圖：
●進入 OG Profile Generator 界面，如圖進行參數設置。
參數解釋
參照圖示輸入板簧輪廓參數
2、單擊ok進入Create Leafspring界面，如圖進行參數設置。
參數解釋
3、點擊OK進入連接件建立對話框，如圖進行參數設置。
參數解釋
4、輸入完成之后點擊OK，進入設定板簧參數對話框
按照如圖所示，在ModifyFriction下方設置板簧之間摩擦力、彈簧夾與主片簧間摩擦力是否起作用，并修改摩擦系數；輸入板簧的彈性模量EModulus、GModulus、StructuralDamping；YShearFactor與ZShearFactor設置為默認值即可。
展開 基于solidThinking Inspire的輕卡后板簧支架設計
圖 3 輕卡后板簧活動端支架初始設計空間
3.2 工況定義
后板簧活動端支架載荷通常由沖擊、驅動、轉向、加速、制動等工況產生，通常有以下幾種工況：
（1）制動：模擬整車制動時的板簧支架受力工況，板簧支架承受制動引起的垂直載荷和縱向載荷；
（2）轉向：模擬整車轉向時的板簧支架受力工況，板簧支架承受轉向引起的垂直載荷和側向載荷；
（3）過坑：模擬整車在遇到不平坑洼路面時，兩軸一高一低時的板簧支架受力工況，板簧支架承受垂直力 載荷和縱向力載荷；
（4）垂向跳動：模擬整車沖擊時板簧支架承受的垂直方向的沖擊載荷，其值在靜載基礎上引入動載系數以 反映汽車在不平路面等速行駛的動態載荷；
（5）組合工況：模擬整車在行駛過程中，遇上之前工況的組合情況，板簧支架承受轉向引起的垂直載荷和 側向載荷，制動引起的縱向載荷等； 后板簧活動端支架各工況載荷通過多體動力學軟件進行載荷提取，多體動力學模型如圖 4 所示，載荷結果如表 1 所示。
圖 4 輕卡后懸架多體動力學模型
表 1 后板簧活動端支架工況及載荷
載荷測量點在后板簧活動端支架卷耳孔位置。其中，X，Y，Z 均為汽車整車坐標，X 正方向為汽車行駛相反方向，Y 向為汽車左右方向，Z 正方向為汽車向上的方向。
展開 基于HyperWorks的車輛板簧支架優化設計
該板簧支架模型中共添加6處用于固定約束的rbe2，分別位于支架上端與車架連接處；1個用于載荷施加的rbe3單元，位于支架下端板簧卷耳連接處的襯套內。車架的前后兩端約束6個自由度，在襯套處分別施加垂向靜態、制動、轉彎三個工況的載荷，有限元計算模型如圖8所示。
圖8 有限元計算模型
根據拓撲優化的板簧支架結構， 利用大型有限元軟件Hyperworks平臺的RADIOSS求解器對板簧支架進行有限元強度分析，板簧支架新結構最大von Mises應力值計算結果如表1所示，各工況下板簧支架應力云圖如圖 9 所示。
表1 板簧支架優化前后各工況下性能對比
圖9 板簧支架各工況下應力云圖
計算結果表明，經過solidThinking Inspire優化設計后的板簧支架，各工況下強度都滿足設計要求，最小安全系數為3.33。該板簧支架在車輛可靠性試驗過程中未出現斷裂等問題，證明其設計滿足性能需求。通過對板簧支架進行優化設計，證明了基于solidThinking Inspire的拓撲優化設計方法可以有效提高產品開發進度，合理布局零件的材料，達到了降低制造成本的目的。將最終的創意設計結構體現在實際工程中，與車輛的板簧及車架連接，如圖10所示。
圖10 工程實際應用
5 結語
以某重型車板簧支架為設計對象，基于變密度法建立了拓撲優化的數學模型，利用Hyperworks中的solidThinking Inspire模塊將連續體結構拓撲優化方法應用到該板簧支架結構優化設計中，對多工況下的板簧支架結構進行優化設計。
根據拓撲優化的結構，再結合制造工藝及設計經驗，對板簧支架進行重新設計，最后對新結構進行了有限元強度計算，計算
結果表明，進行優化設計后的板簧支架，性能滿足設計要求。
展開 
從概念創意到工程應用—solidThinking Inspire 在車輛板簧支架設計中的應用
介于以上情況，在車輛前板簧后支架概念設計階段，為了快速獲得優秀的產品雛形，利用Inspire 進行其優化工作，下面將詳細介紹利用Altair公司優化工具solidThinking Inspire進行車輛板簧支架從概念創意到實際工程應用的整個過程。
3板簧支架優化設計
3.1初始設計空間
在設計開始之前，設計師通過創建模型外觀邊界的三維實體來構思造型，這個邊界所包含的體 積我們稱為設計空間，所有Inspire優化后的形態都包含于這個設計空間里。鑒于支架與車架的安裝 連接關系，以及支架與板簧卷耳的位置和安裝關系，車輛前板簧后支架的初始設計空間定義如圖1 所示，其中六個小孔為支架與車架的安裝孔，下面兩個大孔為支架與卷耳的安裝空位。
圖1初始設計空間
3.2工況定義
由于要考慮到工程實際應用，所以必須對部件的工作狀況進行定義，只有這樣，solidThinking Inspire優化出來的結構才能滿足實際工作需要。
展開 某重型卡車板簧支架的輕量化設計
圖2 拓撲優化流程
3 板簧支架的輕量化分析
3.1 板簧支架有限元分析
現有板簧支架三維設計模型，導入到HyperWorks平臺的Hypermesh模塊中建立三維實體有限元模型。板簧支架材料為QT450-10，具體參數見表1.
表1 板簧支架材料屬性
材料
彈性模量（GPa）
泊松比
屈服極限(MPa)
QT450-10
210
0.3
310
板簧支架與車架連接分別為與車架腹面的三個螺栓連接和車架下翼面的兩個螺栓連接，因此對于有限元模型，需要約束螺栓安裝孔位置自由度。在車輛行駛過程中，板簧支架受力較為復雜，在設計計算時選擇與板簧支架破壞形式最為密切、關系最大、最具典型性的載荷（簡稱計算載荷）為依據進行分析計算。
在正常行駛過程中，板簧支架主要承受車輛總重的垂向載荷；剎車時，同時承受車輛慣性力（前后方向）；在轉彎時，承受側向的作用力。針對板簧支架，本文主要考慮垂直沖擊工況、制動工況和轉彎工況，具體載荷由設計載荷決定，如下：
將下述板簧支架載荷均分到前后兩個板簧支架上,受力示意圖，見圖3：
（1）垂直工況（考慮三倍沖擊）：軸頭垂直力；
（2）制動工況：軸頭垂向作用力，前后向作用力；
（3）轉彎工況：軸頭垂向作用力，側向作用力。
通過加載、求解得到板簧支架的應力分布結果，如圖4所示。最大應力工況為垂直工況，為112MPa，在板簧吊耳安裝位置與側部起筋位置。
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Pro-ENGINEER模擬縱置板簧運動設計的應用
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點評:
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ANSYS workbench 板簧非線性靜力學分析 ￥10
<p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">本案例適合哪些人學習：</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">1、學習型仿真工程師</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">2、理工科院校學生</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">3、對有限元分析感興趣的工程師</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">你會得到什么：</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">1、學習板簧的三維模型處理</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">2、學習板簧非線性接觸相關的接觸設置</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">3、學習非線性靜力學分析步的建立</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">4、學習板簧非線性靜力學分析的載荷施加</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">案例介紹：</span></p><p><span style="color: rgb(51, 51, 51);">所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
展開 板簧是一種簡單卻高效的懸架部件，常用于車輛吸收沖擊力并支撐重量
板簧是一種簡單卻高效的懸架部件，常用于車輛吸收沖擊力并支撐重量。板簧由多層彎曲的柔性金屬條堆疊而成，因其耐用性和高承載能力而被廣泛用于卡車、廂式貨車和部分轎車。
它們在負載下彎曲，提供緩沖效果，從而提升乘坐舒適性和穩定性。幾十年來，這種堅固的設計一直是汽車懸架系統的基石，在從輕型到重型車輛的各種應用中都表現出了可靠性。
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低底盤商用車前軸鍛造工藝改進與優化
表1 前軸精輥－模鍛工藝主要技術指標
開發產品介紹
本次開發低底盤客車前軸鍛件產品成雙落差結構，同時板簧座位于中間部位呈花瓣狀。較以往開發的重卡前軸形狀和結構更為復雜，經計算，該低底盤客車前軸鍛件的鍛造復雜系數S=mf/mn=0.148。按評定準則S ≤0.16，故此前軸鍛件屬于復雜類鍛件。開發的目標產品三維實體如圖1 所示。
圖1 鍛件三維實體
工藝方案制定
此項目前軸鍛件的總長尺寸精度要求較高，公差范圍小；鍛件除加工橋拳、板簧座外，其他表面全部為非加工面；板簧座位于中間拐角處且呈花瓣形狀，從鍛造成形方面來說，板簧座不易充滿模膛。
根據產品整體結構分析，結合產品的外形尺寸及鍛件鍛重，考慮到產品表面大部分為非加工面，必須保證產品表面精度，公司只有16000t 壓力機自動化生產線能夠滿足此前軸加工要求。通過項目組多次討論，制定了此前軸在16000t 生產線上的鍛造工藝方案（圖2）。
圖2 前軸鍛造工藝方案
為了確保此低底盤客車前軸研制開發的成功，項目組從人、機、料、法、環、測等幾個方面進行了全面控制，確保產品研制過程處于受控狀態，保證產品最終質量。
鍛件研制過程中的難點分析
鍛件結構復雜，成形困難
該研制產品為雙落差結構，板簧座位于中間拐角處并呈花瓣狀，此處模具模膛上會形成深而窄的溝槽，不利于金屬流動，不易充滿模膛。同時，由于板簧座一側形狀呈現高而窄的結構，熱能損失快，溫度下降明顯，金屬流動性變差，對板簧座的充滿更加不利。
外觀質量要求高
依據該產品的鍛件圖和零件圖，此前軸鍛件除加工橋拳兩端面、主銷孔和板簧座兩側外，其他表面全部為非加工面，鍛件表面外觀質量要求高。
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