【正文】 于設(shè)圓形旋轉(zhuǎn)對稱零件，平衡性好，在高速壓緊力降低很少，而周置的螺旋彈簧在高速下因離心力會產(chǎn)生橫向撓曲。 （2）R以及R/r的確定：比值R/r關(guān)系到蝶形材料的利用，通常取值R/r,。 （5）分離指數(shù)目和切槽寬度、及半徑：汽車膜片彈簧分離指數(shù)目n12,一般為18左右，10mm，半徑與有關(guān)，一般來說，r。第四章 汽車膜片彈簧特性曲線計算AL法 彈簧計算的主要是碟簧部分，碟簧的精確計算很困難，所以作出了以下假設(shè)：(1) 碟簧在受到軸向載荷P時，沿其軸向的剖面不發(fā)生變形（仍保持其原剖面形狀），而是其軸向剖面繞剖面上某一中性點(diǎn)O轉(zhuǎn)動，如圖41所示；(2) 作用在膜片彈簧上的載荷均勻分布在內(nèi)外圓周上；(3) 彈簧變形時，膜片彈簧和各支撐面之間的滑動摩擦不計。因?yàn)?，其碟簧部分剖面上任意點(diǎn)的應(yīng)力都處于兩向應(yīng)力狀態(tài)（由于剖面沿軸向不發(fā)生變形）。圖42 碟簧軸向剖面坐標(biāo)位置示意圖 由于外力作用的方向和剖面相平行，因此，在垂直于剖面上的內(nèi)力d之和必為零。當(dāng)力作用與分離指上時，每一個分離指所受到的載荷為，它的附加彎曲變形可按下式求得 （416）式中，分離指上作用載荷時，在任意半徑處的彎曲力矩： 分離指上作用單位載荷時，即=1時，在任意半徑處的彎曲力矩： E材料的彈性模量； 分離指在任意半徑處的慣性矩。據(jù)此，分離指有兩個寬度系數(shù)：和由于 故 根據(jù)寬度系數(shù)的定義，可找出和的變化規(guī)律： 因此，積分后得以上就是膜片彈簧特性曲線計算所需要的理論公式。 %b為泊松比R=126。 %h為膜片彈簧厚度L=122。axis([0,7,0,12000])。其次，在每個單元內(nèi)，選擇一種近似的函數(shù)，來接近未知的單元內(nèi)位移分布規(guī)律，就是分塊近似，并按彈性理論中的能量原理建立單元節(jié)點(diǎn)力和單元位移之間的關(guān)系，最后，把所有單元的這種關(guān)系式集合起來，就得到一組以節(jié)點(diǎn)位移為未知量的代數(shù)方程組，解這些方程組就可以求出物體上有限個節(jié)點(diǎn)的位移。有限元法的基本思想是分塊近似和離散，概念容易理解。（3） 可以處理任意復(fù)雜邊界的結(jié)構(gòu)。所謂結(jié)構(gòu)離散化，就是用假想的線或面將連續(xù)物體分割成由有限個單元組成的集合體，且單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處連接，單元之間的作用僅由節(jié)點(diǎn)傳遞。 （2）建立單元平衡方程在選擇了單元類型和相應(yīng)的位移函數(shù)后，即可按彈性力學(xué)的幾何方程、物理方程導(dǎo)出單元應(yīng)變與應(yīng)力的表達(dá)式，最后利用虛位移原理或最小勢能原理建立單元的平衡方程，即單元節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移間的關(guān)系。 （1）整體平衡方程建立有限元法的分析過程是先分后合，即先進(jìn)行單元分析，在建立了單元平衡方程以后，在進(jìn)行整體分析。 （2）方程求解在引入邊界條件之前，整體平衡方程是奇異的，這意味著整體方程是不可解的。 1）前處理，其任務(wù)包括： （1）建立分析結(jié)構(gòu)的幾何模型。 2）計算 是在形成總剛度方程并經(jīng)約束處理后求解大型聯(lián)立線性方程組，最終得到節(jié)點(diǎn)位移的過程。 （2）Hyperstudy 是功能強(qiáng)大而且易用的多學(xué)科優(yōu)化平臺，支持獨(dú)立于求解器的模型參數(shù)化，可用于試驗(yàn)設(shè)計（DOE）、優(yōu)化研究和可行性研究。 （3）MotionView 是多體動力學(xué)仿真的前處理平臺，擁有全面的MBD接口、豐富的車身模型庫并支持二次開發(fā)。 （3）Radioss系列工具 Radioss技術(shù)在全球汽車行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，尤其是安全技術(shù)、生物仿真技術(shù)和車輛安全評價技術(shù)。 （3）Forging 提供鍛造仿真方面的解決方案。 HyperWorks有限元分析步驟建立載荷工況劃分單元導(dǎo)入文件設(shè)置計算參數(shù)單元檢查與優(yōu)化幾何清理設(shè)置模版 輸出有限元文件建立載荷集建立材料卡片求解器求解施加載荷建立材料幾何及單元集Hyperview后處理 圖52 Hyperworks分析步驟 RADIOSS簡介 RADIOSS是Hyperworks系列軟件中的結(jié)構(gòu)求解器。RADIOSS融合了線性與非線性結(jié)構(gòu)有限元求解技術(shù)，多體動力學(xué)仿真技術(shù)和流固耦合仿真技術(shù)。 3）二維單元二維單元用于模擬薄板，包括面內(nèi)變形，平面應(yīng)變和彎曲（包括橫向剪切與膜，彎曲的耦合）。通常所有無法用一維單元和二維單元簡化的模型都要使用三維單元進(jìn)行模擬。CAD模型需要精確的幾何表達(dá)，通常會包含某些細(xì)微特征，如倒角、小孔；而進(jìn)行有限元分析時，如果要準(zhǔn)確模擬這些特征，需要用到很多小單元，導(dǎo)致求解時間延長。通過消除錯位和小孔，壓縮相鄰曲面之間的邊界，改正模型在導(dǎo)入時出現(xiàn)的錯誤，消除不必要的細(xì)節(jié)，產(chǎn)生一個簡化的部件模型，以便于網(wǎng)格劃分和分析，確保網(wǎng)格間的正確連接，獲得滿意的的網(wǎng)格樣式和質(zhì)量，從而提高整個網(wǎng)格劃分的速度和質(zhì)量，提高計算精度。 （4）改善幾何模型的拓?fù)潢P(guān)系，以獲得高質(zhì)量的網(wǎng)格，即拓?fù)涓倪M(jìn)（Topology Refinement）。由于有限元計算模型的合理性在很大程度上由網(wǎng)格形式所決定，因此，網(wǎng)格的劃分是有限元分析計算的基礎(chǔ)，也是其中心工作之一，而且工作量大、耗時多。當(dāng)構(gòu)件三個方向的尺寸基本在一個數(shù)量級時，可對構(gòu)件進(jìn)行三維網(wǎng)格劃分。 Hypermesh創(chuàng)建三維網(wǎng)格的基本思想是，對已有的二維網(wǎng)格或經(jīng)過投影、比例縮小或放大處理后的二維網(wǎng)格，經(jīng)過拉伸、掃掠等方式生成三維實(shí)體單元。由于單元的網(wǎng)格質(zhì)量直接關(guān)系到有限元模型分析計算結(jié)果的精度和收斂性，質(zhì)量較差的網(wǎng)格甚至無法通過網(wǎng)格質(zhì)量檢查，使計算無法進(jìn)行，因此，網(wǎng)格質(zhì)量檢查是網(wǎng)格劃分過程中比不可少的一步，也是有限元分析計算中必須引起重視的一步。膜片彈簧網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果如下：圖55 膜片彈簧網(wǎng)格質(zhì)量檢查 5）定義膜片彈簧的材料屬性:膜片彈簧材料為,屬性如下表表51 彈性模量MPa泊松比密度屈服極限MPa極限抗拉強(qiáng)度MPa 6）邊界條件的施加： （1）離合器結(jié)合時邊界條件的施加據(jù)實(shí)際情況為，在支撐圈限定的曲線上施加Y方向位移約束，在與壓盤接觸的曲線段上施加Y方向指定的載荷。由于Hyperworks中非線性計算涉及的參數(shù)較多，設(shè)定困難，故用了線性計算得到了部分?jǐn)?shù)據(jù)，分別模擬了結(jié)合與分離兩個狀態(tài)，得到的數(shù)據(jù)如下： （1）結(jié)合狀態(tài) 圖58 結(jié)合狀態(tài)大端位移表 52100015002000250030003500400045005000550060006500700075008000 （2）分離狀態(tài) 圖 59 分離狀態(tài)大端變形表 5355006000650070007500800085009000950010000 分離狀態(tài)小端變形如下：表 545500600065007000750080008500900010000 （3）膜片彈簧最大應(yīng)力圖：圖 510 膜片彈簧最大應(yīng)力 +2MPa，小于屈服強(qiáng)度極限，故合格。 本章小結(jié) 本章首先介紹了有限元方法的基本思想、特點(diǎn)、求解步驟與流程，然后介紹了Hyperworks軟件以及它的RADIOSS求解器的情況，并介紹了膜片彈簧有限元分析的過程，最后將AL法，有限元法，實(shí)驗(yàn)法的結(jié)果進(jìn)行了對比。由于本人水平及畢業(yè)設(shè)計時間的限制，雖然本文對膜片彈簧特性曲線進(jìn)行了有限元的分析，并與傳統(tǒng)AL公式進(jìn)行了對比，但是只是進(jìn)行了開始一小段的模擬，后面由于對Hyperworks中非線性參數(shù)設(shè)置還有很多不清楚的地方，還有待進(jìn)一步的研究，本人認(rèn)為還可以從以下幾個方面進(jìn)行改進(jìn)： （1）對膜片彈簧的有限元模型進(jìn)行進(jìn)一步的完善，例如進(jìn)一步精確邊界條件和載荷的位置，還有考慮摩擦因素的影響，還可以多用幾種單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，進(jìn)一步研究。首先最應(yīng)該感謝的是我的指導(dǎo)老師張勝蘭和張建輝老師，從最開始到最后結(jié)束，兩位張老師都付出了大量的精力與時間，在老師悉心的指導(dǎo)，耐心的幫助下，我才能克服各種難題順利地完成這篇畢業(yè)設(shè)計。還要感謝四年來教我各種知識的各位老師，同時，也要感謝所有對我進(jìn)行各種幫助和關(guān)心的各位同學(xué)，他們都在學(xué)習(xí)和生活上給了我極大的幫