[发明专利]一种碟形弹簧强度的有限元评估方法

说明书

本发明专利公开了一种碟形弹簧强度的有限元评估方法，该方法使用线弹性有限元模型计算，记录碟形弹簧内径处从上表面至下表面的计算路径上的Mises应力与路径相对长度的离散关系，通过插值建立连续函数，基于此连续函数计算弹性区间长度，然后计算塑性区长度与总长度之比，即屈服比，最后基于屈服比判断碟形弹簧的强度；通过上述方式，本发明适用于结构与GB/T碟形弹簧类似的碟形弹簧的初步强度评估，可有效减少新型碟形弹簧的试验次数，提高了新型碟形弹簧的研发效率，有效降低了研发成本。

技术领域

本发明属于弹簧有限元分析技术领域，具体涉及一种碟形弹簧强度的有限元评估方法。

背景技术

碟形弹簧可在小变形情况下具有大承载力，具有较好的空间利用率，可具有常刚度、变刚度、零刚度、负刚度的力学特性，可用不同的方式组合，被广泛用于机床工业、石油工业、汽车工业以及航空航天工业等领域。

GB/T1972碟形弹簧的母线为线段，其设计计算有理论公式可以参考；其它复杂的变种碟形弹簧，其母线可能由多段构成，各段可能为线段或其它曲线，其设计计算依赖有限元分析实现。

在一些特定的场景中，GB/T1972碟形弹簧难以应用，需设计新型碟形弹簧。新型碟形弹簧在设计过程中，通过试验手段评估碟形弹簧强度的成本高、周期长，对数值模拟方法初步评估碟形弹簧强度的需求强烈。

为了解决以上问题我方研发出了一种碟形弹簧强度的有限元评估方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种碟形弹簧强度的有限元评估方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种碟形弹簧强度的有限元评估方法，包括以下步骤：

S1、建立碟形弹簧的线弹性有限元模型；

S2、计算碟形弹簧的Mises应力；

S3、提取内径处从上表面至下表面的计算路径上各点的Mises应力，获得应力与路径相对长度的离散关系；

S4、通过插值生成应力与路径相对长度的连续插值函数；

S5、在连续应力插值函数上，从路径中点处向两侧寻找应力低于弹簧材料屈服强度的区间，计算弹性区间长度；

S6、计算塑性屈服区占计算路径的比例；

S7、判断碟形弹簧的工作行程等于0.75倍自由行程时的塑性屈服区占计算路径的比例是否小于0.18，若是则进入步骤S8，若否则为强度不合格，需重新设计弹簧；

S8、判断碟形弹簧的工作行程等于自由行程时的塑性屈服区占计算路径的比例是否小于0.38；若是则碟形弹簧的强度合格，若否则为强度不合格，需重新设计弹簧。

具体地，有限元模型包括碟形弹簧、上压板、下压板三部分，三者按接触关系处理，且设置摩擦系数；其中上压板、下压板用刚性面建模或按可变形体建模，碟形弹簧按可变形体建模，下压板约束所有自由度，上压板约束除加载方向外的其余自由度，上压板在加载方向按位移加载。

具体地，碟形弹簧的线弹性有限元模型可以是轴对称模型或三维模型。

具体地，步骤S3计算路径上的点取为计算路径上的各个节点；路径的相对长度按变形前的长度计算。

优选地，步骤S3计算路径上的点取为计算路径上的各个节点，和其余更多取样点。

进一步优选地，步骤S3计算路径上的点取为计算路径上的节点数的2倍，且均匀设置。

具体地，步骤S4采用多种插值算法生成连续插值函数。

本发明的有益效果在于：