某载货车后钢板弹簧U型螺栓压板分析TheCAEAnalysisforaU.pdf

某载货车后钢板弹簧U 型螺栓压板分析 某载货车后钢板弹簧U 型螺栓压板分析 The CAE Analysis for a U-bolt Lower Plate of a vehicle series 许庆霞 李海忠 陈涛 (一汽解放汽车有限公司) 摘要：本文应用 CAE 分析技术，分析了某载货车后钢板弹簧 U 型螺栓压板强度。采用 Hypermesh 和 Abaqus 软件，模拟在压板上施加预紧力工况分别对原结构和改进结构进行静 应力分析。通过对比分析知刚度不足和接触不好是造成压板弯曲的主要原因。对原结构进行 了拓扑和形貌优化，为后续设计提供参考。 关键词：CAE 分析技术；U 型螺栓压板；Abaqus;强度；预紧力；静应力；拓扑优化；形貌 优化。 Abstract ：This paper concentrates on the study of the stress intensity of the U-bolt lower plate for rear spring assembly of a vehicle series, using CAE analysis techniques. Simulate the load state of preload for the original and improved lower plate using HyperMesh and Abaqus as tools. The deficient stiffness and bad contact are the main reasons for bending. Topology and topography optimization methods are used and the result can be a reference for design. Key Words: CAE analysis; Abaqus; U-Bolt lower plate; stress intensity; pre-load; static stress; topology optimization; topography optimization. 1. 建立U 型螺栓压板力学模型 钢板弹簧、U 型螺栓压板等通过U 型螺栓固定在桥上，U 型螺栓压板为非承载零件。由 于螺栓拧紧过程非常缓慢，因此可以作为静力学问题来处理。如图 1 所示，取U 型螺栓压板 和桥作为研究对象，压板沿Y 轴对称，取 1/2 模型进行模拟。模型仅关心桥与压板接触的地 1 某载货车后钢板弹簧U 型螺栓压板分析 方，所以简化了桥模型。装配U 型螺栓过程中桥始终处于固定状态，所以将桥固定。U 型螺 栓及紧固U 型螺栓用螺母不是本文主要研究对象，所以其实体模型省略，作为边界条件加在 模型上。限制压板上的孔X 和Y 方向的位移，将预紧力加在U 型螺栓用螺母与压板接触的面 上，如图1 所示。 压板和桥之间存在接触，且压板属于不规则形状、变刚度实体，所以需要建立实体接触 模型、选用罚函数算法来计算。 罚函数算法的优点：不增加问题的自由度，而 且使求解方程的系数矩阵保持正定。因为不增加问 题的自由度，可以和用显式数值积方法求解包含惯 性项的接触问题时的求解方程相协调。由于系数矩 阵保持正定，在静力接触问题求解时，可以避免由 于系数矩阵非正定性可能出现的麻烦。 施加预紧力 图1 2. 建立U 型螺栓压板有限元模型 2.1 建立边界条件 实际装配过程分解为以下三步进行模拟：首先建立压板和桥之间的接触，然后在压板一 端螺栓孔位置施加预紧力，再在另一端施加预紧力。 F