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空氣彈簧剛度基于有限元的空氣彈簧垂直剛度.性分析

作為重要的汽車(chē)彈性元件，空氣彈簧采用夾有簾線(xiàn)的橡膠氣囊內壓縮空氣的反力作為彈性恢復力，在載重車(chē)輛和高速客車(chē)中有著(zhù)廣泛的應用。在空氣彈簧的相關(guān).性中，垂直剛度.性對汽車(chē)整車(chē)性能的影響.別顯著(zhù)[1-3]?？諝鈴椈上鹉z氣囊的初始壓力、簾線(xiàn)角和簾線(xiàn)層數是空氣彈簧的三個(gè)重要參數，對空氣彈簧的剛度.性有著(zhù)重要的影響[4]。本文以某品牌的商用車(chē)自由膜式空氣彈簧為例，通過(guò)ADINA非線(xiàn)性有限元分析軟件對其靜態(tài)垂直剛度.性進(jìn)行了仿真分析，并對影響空氣彈簧垂直剛度.性的各種主要參數進(jìn)行了詳細分析，得到一些有意義的結論。

1 空氣彈簧的垂直剛度.性[5, 6]

空氣彈簧的支承和彈性作用的大小主要取決 于空氣彈簧內的壓縮氣體密度，因此空氣彈簧的承載力F可表示為：

F=Pi Ae (1)

通過(guò)承載力F對彈簧行程s求導可得空氣彈簧剛度k。

式中： k為空氣彈簧剛度;pi為空氣彈簧內氣體工作壓力; po為大氣壓力;n為氣體的多變指數;Ae為空氣彈簧有效承壓面積; V為空氣體積。

由公式(5)可知，影響空氣彈簧垂直剛度.性的主要因素有空氣彈簧的初始壓力、分子運動(dòng)過(guò)程、有效承壓面積、底座的形狀、輔助氣室等。

2 FEA分析方法

本文采用ADINA軟件進(jìn)行有限元分析，ADINA作為通用的模擬計算工具，能分析應力、位移等復雜的非線(xiàn)性問(wèn)題。大量的復雜問(wèn)題都可以通過(guò)選項塊的不同組合模擬出來(lái)[7]。

采用ADINA進(jìn)行有限元分析的基本步驟如下：

步驟1：使用前處理系統ADINA-AUI 定義空氣彈簧有限元模型;

步驟2：應用ADINA，ADINA-T，ADINA-F等求解器對空氣彈簧模型實(shí)施數值計算;

步驟3：運行ADINA-AUI 對上述計算結果進(jìn)行處理。

3 基于有限元的垂直剛度.性分析

3.1 有限元模型的建立

.先，建立空氣彈簧整體三維幾何模型，對材料.性定義、單元組定義、網(wǎng)格劃分、接觸的定義、約束的定義、載荷的定義以及定義載荷的時(shí)間函數、時(shí)間步和步長(cháng)，.后得到膜式空氣彈簧的靜.性有限元模型，如圖1所示。

3.2.1 不同初始壓力下的空氣彈簧垂直剛度.性

對自由膜式空氣彈簧的模擬工況為：空氣彈簧壓縮到-10mm位移時(shí)，對有限元模型腔內分別設定0.3MPa和0.4MPa的初始壓力，研究不同初始壓力對空氣彈簧垂直剛度.性的影響，應力和應變的云圖如圖2圖5所示。