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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

作為重要的汽車彈性元件，空氣彈簧采用夾有簾線的橡膠氣囊內(nèi)壓縮空氣的反力作為彈性恢復力，在載重車輛和高速客車中有著廣泛的應用。在空氣彈簧的相關.性中，垂直剛度.性對汽車整車性能的影響.別顯著[1-3]?？諝鈴椈上鹉z氣囊的初始壓力、簾線角和簾線層數(shù)是空氣彈簧的三個重要參數(shù)，對空氣彈簧的剛度.性有著重要的影響[4]。本文以某品牌的商用車自由膜式空氣彈簧為例，通過ADINA非線性有限元分析軟件對其靜態(tài)垂直剛度.性進行了仿真分析，并對影響空氣彈簧垂直剛度.性的各種主要參數(shù)進行了詳細分析，得到一些有意義的結(jié)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(nèi)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(nèi)氣體工作壓力; po為大氣壓力;n為氣體的多變指數(shù);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、分子運動過程、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、位移等復雜的非線性問題。大量的復雜問題都可以通過選項塊的不同組合模擬出來[7]。

采用ADINA進行有限元分析的基本步驟如下：

步驟1：使用前處理系統(tǒng)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施數(shù)值計算;

步驟3：運行ADINA-AUI 對上述計算結(jié)果進行處理。

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間函數(shù)、時間步和步長，.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，對有限元模型腔內(nèi)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。