特種碟簧的變形研究

2016-09-16 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

【摘要】對一種外面包有橡膠模的特種碟簧的變形進行了研究。對特種疊合碟簧進行試驗測試,將測試結(jié)果和普通碟簧的試驗結(jié)果進行比較,發(fā)現(xiàn)了橡膠膜對碟簧變形的影響程度。用有限元軟件LS-DYNA對特種碟簧的非線性變形進行數(shù)值模擬,得到特種碟簧的載荷變形關(guān)系曲線,將結(jié)果和試驗值進行比較,看出這種方法計算的結(jié)果和試驗值基本符合。

【關(guān)鍵詞】特種碟簧;ANSYS/LS-DYNA;非線性;數(shù)值模擬

0 引言

目前對經(jīng)過特殊加工處理的特種碟簧的研究比較少,隨著碟簧應用的發(fā)展,在越來越多的工作情況下,僅靠使用普通碟簧是不能滿足需要的,所以有必要對特種碟簧進行深入的研究。本文在進行試驗的基礎(chǔ)上,探索采用有限元軟件進行數(shù)值計算的方法對特種碟簧的變形進行研究。LS-DYNA具有非線性顯式分析功能,它適用于多重非線性和接觸問題,可以用于特種碟簧的各種非線性特性,借助LS-DYNA對其變形的數(shù)值計算,得到的數(shù)值和試驗數(shù)據(jù)相符。

1 碟簧的加載試驗

用于試驗的碟簧是從國際A系列中選的。尺寸為:D=315mm.d=161.6mm.h=7mm.H=25mm.t=18mm.橡膠層的厚度為1mm。對于組合碟簧,可以只考慮疊合碟簧錐面間的摩擦影響。試驗時用3片碟簧組成疊合碟簧(見圖1)。為了了解橡膠層對碟簧變形的影響,本實驗對包橡膠膜的特種疊合碟簧進行了測試,并和普通疊合碟簧的試驗結(jié)果進行對比,從而了解橡膠層對碟簧的變形有什么樣的影響。

試驗時,將碟簧放在壓力試驗機上,持續(xù)加載到卸載。為避免碟簧在安放時產(chǎn)生誤差而影響測量值。用3個位移傳感器相隔120°放置。分別對碟簧的變形測量,將測量值傳給靜態(tài)應變儀,最后傳給計算機。經(jīng)過測試,用EXCEL繪出這種有橡膠膜的特種得還的載荷-變形曲線(見圖2),并和普通碟簧的載荷-變形曲線(見圖3)進行比較。

對比兩者曲線可以發(fā)現(xiàn),在相同的變形量下,特種組合碟簧所需的載荷要比普通組合碟簧的載荷大15%左右。兩者的加載曲線基本一致。卸載曲線有明顯的差異,普通疊合碟簧的卸載曲線和加載曲線之間的滯回面積,而普通疊合碟簧的卸載曲線有明顯折點。特種疊合碟簧的卸載曲線比較平滑。其主要原因是普通疊合碟簧中鋼與鋼接觸的摩擦因數(shù)要比特種疊合碟簧中材料間的摩擦因數(shù)小很多。由于試驗結(jié)果對比,很明確地了解了想橡膠膜對疊合碟簧變形的影響。

2 LS-DYNA算法

LS-DYNA計算結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各節(jié)點在第n個時間步結(jié)束時刻tn的加速度向量為:

3 有限元模型與數(shù)值分析

(1) 建模

運用軟件建模時和試驗一樣。用3個單片特種碟簧組合成疊合形式。模型采用三維實體單元。尺寸和試驗完全一樣。D=315mm.d=161.6mm.h=7mm.t=18mm.橡膠膜的厚度為1mm。橡膠膜的模型采用Blatz-Ko。計算時載荷設(shè)置為壓力。作用在內(nèi)圈。載荷的大小隨時間變化。邊界條件為下表面支承處的軸向約束。橡膠與鋼板間的摩擦因數(shù)取0.72.橡膠之間的摩擦因數(shù)取0.78。由于橡膠膜緊緊包在鋼板外,所以二者的接觸方式為固聯(lián)接觸,而碟簧片有相對滑動,因此橡膠之間的接觸方式為面面接觸,橡膠與鋼板的網(wǎng)格嚴格對應,網(wǎng)格劃分后,模型共包括45220個單元,72460個節(jié)點,網(wǎng)格劃分如圖4。

(2) 計算分析

經(jīng)過計算,并用EXCEL繪制載荷-變形曲線如圖5。

將圖2和圖5對比,可以看出二者的加載曲線沒有差別,卸載曲線在卸載過程中間有一些變化,總體上二曲線的滯回面積差別不大,因此,對特種碟簧進行預選時,可以用LS-DYNA對特種碟簧變形進行計算。

4 結(jié)語

通過特種疊合碟簧進行試驗,將測量值與普通疊合碟簧的試驗值進行比較,發(fā)現(xiàn)特種碟簧的變形量要小于普通疊合的變形量?？紤]到特種碟簧的結(jié)構(gòu)特點和材料特性。用有限元軟件LS-DYNA進行數(shù)值計算,得到的結(jié)果與試驗值相符,因此在實際工程中,對于特種碟簧的選型,可以利用LS-DYNA計算速度快的優(yōu)點,將它和試驗結(jié)合起來,先用LS-DYNA進行預選,不僅節(jié)約試驗的高成本而且節(jié)約時間,是一個值得采用的方法。

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