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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

TheCAEAnalysisforaU-boltLowerPlateofa

vehicleseries

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：ThispaperconcentratesonthestudyofthestressintensityoftheU-boltlower

plateforrearspringassemblyofavehicleseries,usingCAEanalysistechniques.

Simulatetheloadstateofpreloadfortheoriginalandimprovedlowerplateusing

HyperMeshandAbaqusastools.Thedeficientstiffnessandbadcontactarethemain

reasonsforbending.Topologyandtopographyoptimizationmethodsareusedandthe

resultcanbeareferencefordesign.

KeyWords:CAEanalysis;Abaqus;U-Boltlowerplate;stressintensity;pre-load;static

stress;topologyoptimization;topographyoptimization.

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

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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

Ysymm

Contact

Spc

Spc

图2

载荷：

F=77.2K.N

约束：

桥Spc（U1=U2=U3=UR1=UR2=UR3=0）

模型沿Y轴对称面：Ysymm（U2=UR1=UR3=0)

螺栓孔位置：Spc（U1=U2=0）

2

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压板与桥之间：Contact

选用Hypermesh划分六面体网格、Abaqus/Standard模块求解计算.

2.2螺栓拧紧力计算

取拧紧力矩T＝580N.m,

T

F0＝，

?1.25fd

其中：

F-预紧力

0

f??

?

1

f?f

v

2(f?

v

,

f

f

v

),

?

f

v

f

??

f

，

f-螺纹当量摩擦系数，f-螺母和被联接件支撑面间的摩

v

擦系数

d-螺纹公称直径，mm

取f?=0.3，d=20，则F77.2KN

0＝。

2.3网格划分及单元类型选取

用Hypermesh中Solidmap方法将压板和桥划分为六面体网格,有限元单元尺寸为5mm，

在