特種碟簧的變形研究

2016-09-16 by:CAE仿真在線來源:互聯網

【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,將測試結果和普通碟簧的試驗結果進行比較,發現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值模擬,得到特種碟簧的載荷變形關系曲線,將結果和試驗值進行比較,看出這種方法計算的結果和試驗值基本符合。

【關鍵詞】特種碟簧;ANSYS/LS-DYNA;非線性;數值模擬

0 引言

目前對經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上,探索采用有限元軟件進行數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對其變形的數值計算,得到的數值和試驗數據相符。

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,持續加載到卸載。為避免碟簧在安放時產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,將測量值傳給靜態應變儀,最后傳給計算機。經過測試,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現,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要比特種疊合碟簧中材料間的摩擦因數小很多。由于試驗結果對比,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計算結構系統各節點在第n個時間步結束時刻tn的加速度向量為:

3 有限元模型與數值分析

(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。計算時載荷設置為壓力。作用在內圈。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取0.72.橡膠之間的摩擦因數取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,橡膠與鋼板的網格嚴格對應,網格劃分后,模型共包括45220個單元,72460個節點,網格劃分如圖4。

(2) 計算分析

經過計算,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,發現特種碟簧的變形量要小于普通疊合的變形量。考慮到特種碟簧的結構特點和材料特性。用有限元軟件LS-DYNA進行數值計算,得到的結果與試驗值相符,因此在實際工程中,對于特種碟簧的選型,可以利用LS-DYNA計算速度快的優點,將它和試驗結合起來,先用LS-DYNA進行預選,不僅節約試驗的高成本而且節約時間,是一個值得采用的方法。

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