空气弹簧的非线性有限元分析解决方案
一、前言
空气弹簧是车辆悬挂系统的关键部件之一,它的力学性能极大的影响着列车运行的舒适性。合理设计空气弹簧的结构,可以有效提高车辆的平稳性,改善车辆的运行品质。 数字设计集成了计算机辅助设计(CAD)、有限元分析(FEM)、动力学仿真、性能优化和可靠性数值分析等现代CAE技术。数字设计是先进制造系统的核心技术,是进行创新性新产品开发的有力工具。当前,我国正大力发展高速铁路运输系统,对空气弹簧无论是数量还是质量上都提出了很高的要求。在新型铁道车辆及其关键部件的研制中,数字设计技术已广泛应用。
二、案例展示
1. 选取适用于运行时速在160 ~ 200km的高速客车上的D580空气弹簧为研究对象,采用CAD技术和非线性有限元分析技术,对该空气弹簧进行了较全面的静态力学性能分析,讨论了通过改变影响空气弹簧力学性能的几个主要参数,找出空气弹簧力学性能的变化规律,并与试验结果进行比较。
几何模型
空气弹簧的本体总装图 沿轴向剖示图
有限元模型
部分计算结果
垂向位移作用下的应变云图和应力Von Mises云图
横向位移作用下的应变云图和应力Von Mises云图
2.根据客户提供的空气弹簧2D图形及要求,建立有限元模型,并分析:
a.固定上板和底座,给空腔充压0.2MPa。
b.密封空腔,上板下移40mm。
c.继续充压,使上板反力达到64KN。
d.上板继续下移10mm。
需计算第四步的内压变化以及上板反力位移曲线。
经过分析,建立了两个轴对称模型(气囊部分分别用solid和shell模拟),亦对两模型的结果进行了对比。
有限元网格
部分计算结果