Finite element analysis on the static and fatigue characteristics of composite multi-leaf spring

This paper investigated the static and fatigue behaviors of steel and composite multi-leaf spring using the ANSYS V12 software. The dimensions of an existing conventional leaf spring of a light commercial vehicle were used. The same dimensions were used to design composite multi-leaf spring for the two materials, E-glass fiber/epoxy and E-glass fiber/vinyl ester, which are of great interest to the transportation industry. Main consideration was given to the effects of material composition and its fiber orientation on the static and fatigue behaviors of leaf spring. The design constraints were bending stresses, deflection and fatigue life. Compared to the steel leaf spring, the designed composite spring has much lower bending stresses and deflections and higher fatigue life cycles.

汽车钢板弹簧的应力和变形分析

应用有限元法对一种在垂直力作用下的3片式钢板弹簧进行分析,其中应用8节点块单元对板簧进行实体建模,采用接触分析来模拟板簧各片逐渐进入接触的情况。对钢板弹簧的中心螺栓、U型螺栓夹紧和卷耳、吊耳部分的铰链约束进行独特的处理。应用所建立的有限元模型计算板簧的应力分布和载荷—变形曲线。对该板簧进行的实验应力分析表明,应用该有限元模型得到的计算应力和载荷—变形特性与试验结果吻合较好。

不同工况下车用复合材料板簧的动态疲劳测试研究

为了加快复合材料板簧在汽车轻量化进程中的推广应用,各向异性复合材料板簧的性能测试尤为重要,而动态疲劳性能直接反映了复合材料板簧在实际使用过程中的可靠性。当前对复合材料板簧的疲劳性能测试基本停留在垂向疲劳,对实际使用过程经常出现的制动、转弯动态疲劳的测试研究鲜有报道。本工作针对复合材料板簧在不同工况下的受力情况,设计了垂向、制动、转弯疲劳测试方法,并利用有限元分析方法对刚度、最大承载力、制动工况、转向工况及不同动态疲劳进行了研究。同时,通过复合材料板簧静载刚度、最大承载力和垂向动态疲劳的台架试验,验证了有限元分析模型的可靠性。最后,限定疲劳寿命及复合材料板簧许用应力值,计算得到板簧垂向疲劳极限载荷为垂向1.5倍满载荷;制动疲劳极限载荷为垂向1.5倍满载荷,长度方向1.5倍满载荷;转弯疲劳极限载荷为垂向满载荷,侧向0.8倍载荷。

车用复合材料板簧性能的有限元分析

为了初步验证所设计复合材料板簧的结构性能,利用有限元分析方法对复合材料板簧结构的静载力学和动态疲劳进行了研究。计算得到空载工况加载过程中的载荷—位移曲线,板簧刚度为373 N/mm。当两端施加载荷为64.7 kN时,板簧达到最大压缩应力。结合复合材料的S—N曲线对板簧寿命进行了估算,循环次数最低处位于板簧下表面靠近卷耳部分,循环次数为33万次。对比复合材料板簧的设计刚度和疲劳寿命,与有限元分析处理方法计算所得结果较为接近,该板簧结构基本符合使用要求。