[发明专利]一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合模拟方法

权利要求书

1.一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.利用实体软件建立车架系统几何模型，所述车架系统包括；车架本体和车桥组合，所述车桥组合包括设置在车架本体上的前车桥和后车桥，所述前车桥和后车桥的结构相同，其结构主要包括板簧、板簧安装吊耳、板簧U型固定装置、车桥和轮胎；

S2.将上述板簧在装备中的几何模型导入有限元软件中建立板簧的网格模型；

S3.进行板簧的变刚度非线性拟合，在板簧装配状态下通过不同的约束方式试验板簧的非线性特性，约束点包括：吊耳约束点A、副簧约束点B、中间约束点C、载荷施加点、副簧约束点D和吊耳约束点E，并通过空载、半载、满载和超载四种模式分别计算板簧的刚度值，以获得不同模式下与测试结果吻合度较高的板簧变刚度特性曲线；

S4.根据上述板簧变刚度特性，板簧变形的状态包括板簧变形满载位置、板簧变形超载位置和板簧变形空载位置，将上述三种板簧变形状态及载荷模式全部导入到动力学模型中，建立以板簧为柔性体的车架系统耦合模型；

S5.将变刚度的板簧有限元模型的质量特性与动力学模型中的质量和惯量参数统一，也即将动力学中板簧的质量矩阵和有限元的质量矩阵进行坐标单位变换；

S6.重新选取和转换板簧的刚性点：板簧的刚性点选择为：板簧的前吊耳安装点、板簧后吊耳安装点和板簧U型螺栓安装区域刚性点，建立前吊耳、后吊耳和U型螺栓处三处刚性集合，作为动力学模型中的连接硬点，将前吊耳卷轴内部进行刚性处理，并输出集合文件，约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度；将后吊耳卷轴进行内部刚性处理，并输出集合文件，约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度；将板簧下底面与U型螺栓连接处进行刚性处理，建立刚性集合；从而共建立前后吊耳，U型螺栓处三处刚性集合，作为动力学模型中的连接硬点；

S7.进行耦合模型中柔性体的约束转换：在柔性体与混合模型中需要进行约束方式的转换，柔性体约束到动力学的混合模型的约束变换是建立刚柔耦合模型的关键，耦合模型中柔性体的约束转换为：柔性体约束点A施加约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，刚柔耦合模型约束UX、UY、UZ、RX、RZ自由度，约束点E约束方式与约束点A相同；柔性体约束点B约束方式：空载模式与半载模式约束0，满载和超载约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，刚柔混合模型约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，约束点D与约束点B约束方式相同；柔性体约束点C约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度，刚柔耦合模型约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度；

S8.对车架系统进行刚柔耦合约束：车架系统刚柔耦合的约束点包括约束点A、B、C、D、E、F、G、H，约束方法为；约束点A、C、E、G、H约束UX、UY、UZ、RX、RZ自由度，约束点B及约束点D约束UX、UY、UZ、RX、RY、RZ自由度，约束点F约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度，并再建立与上述约束点相对应的运动副，用以驱动及模拟刚体与柔性体之间的运动关系；

S9.对柔性体进行刚柔耦合模态定义，从而完成钢板弹簧刚柔耦合MNF模拟。

2.根据权利要求1所述的一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于：S3步骤中所述空载模式下的约束方式：约束点A与约束点E都施加约束UY、UZ、RX、RY、RZ自由度约束，释放UX方向自由度；约束点B与约束点D不做任何约束，以使副板簧呈现自由状态；约束点C施加约束UX、UY、RX、RY、RZ自由度约束，释放UZ自由度，使板簧整体呈现Z向平动；载荷施加点施加空载约束2744N，根据非线性弧高变化量，计算空载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。

3.根据权利要求2所述的一种非线性刚度钢板弹簧刚柔耦合模拟方法，其特征在于：S3步骤中所述半载模式下的约束方式与空载模式的约束方式相同，载荷施加点施加载荷为6000N，根据非线性弧高变化量，计算半载模式的板簧变形挠度以得到空载模式板簧刚度。