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钢板弹簧作为汽车悬架系统中的关键零部件,其刚度特性和阻尼特性对车辆的行驶平顺性、操作稳定性有极其重要的影响。由于钢板弹簧存在预应力、摩擦、大变形等非线性因素,给建立钢板弹簧的动力学模型带来了很大的困难。采用虚拟样机技术和有限元技术相结合的方法,在ADAMS中开发柔性钢板弹簧建模模块,实现钢板弹簧的快速参数化建模,对提高钢板弹簧模型精度和促进汽车整车仿真研究具有一定的工程使用价值。本文以多片钢板弹簧为研究对象,对开发柔性钢板弹簧建模模块和柔性钢板弹簧模型的动特性做了较为深入的研究。具体工作内容如下: (1)根据多片钢板弹簧的现代设计计算理论,确定了建立钢板弹簧模型所需要的长度、宽度、厚度、曲率半径和弧高等基本尺寸参数,并对 ADAMS的关于柔性体的二次开发的流程进行了相关的了解和掌握。 (2)以ADAMS软件为二次开发平台,开发了柔性钢板弹簧的参数化建模模块,该模块以菜单和对话框为人机交互界面,实现了钢板弹簧模型参数的可视化输入和修改,并能够根据输入工况载荷参数完成仿真。 (3)研究柔性钢板弹簧的动特性。施加准静态载荷,仿真得到钢板弹簧的静刚度曲线,分析了静刚度随板簧变形增大而逐渐增大的原因。由于静刚度曲线的起始部分的特殊性,给出使用瞬时运动刚度来描述汽车在平坦路面上的大振幅振动刚度,分别仿真计算了汽车在空载、半载和满载时的瞬时运动刚度的值,得到的瞬时运动刚度大于该状态下的静刚度。在研究钢板弹簧阻尼特性时,将模型作为自由振动系统,通过计算其振幅衰减得到钢板弹簧的等效阻尼比,因此仿真计算了车辆以不同速度经过减速带(相当于施加不同频率的载荷)时钢板弹簧的等效阻尼比,得到随频率增大等效阻尼比减小的结论。最后定量地分析了常常在建模时忽略的装配预应力和摩擦因素对钢板弹簧刚度的影响大小,因其影响较小,因此在简化模型中可以忽略预应力和摩擦对静刚度的影响。 (4)验证分析模型动特性的准确性。使用已经成熟的Leaf Spring插件建立离散梁钢板弹簧模型,验证分析了柔性钢板弹簧的静态刚度的准确性;分析基于力控阻尼的板簧模型的小振幅强动态特性,验证了瞬时运动刚度特性的可行性;通过计算摩擦做功损耗能量,验证了振幅衰减得到等效阻尼比的可行性。验证结果证明柔性钢板弹簧模型是准确的。