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1、山东大学硕士学位论文 4 1 2C A D 技术的发展过程2 8 4 1 3 我国C A D 技术简介2 8 4 2 常用C A D 软件介绍3 0 4 2 1P r o E n g i n e e r 3 0 4 2 2U G 3 0 4 2 3C A T I A 3 1 4 2 4C r e o 3 3 4 3P R O E 钢板弹簧建模3 3 4 3 1 对于原车的普通钢板弹簧的建模3 3 4 3 2 原车钢板弹簧建模后的结果3 4 4 3 3 优化设计后的钢板弹簧的建模尺寸计算3 7 4 3 4 优化设计后的钢板弹簧的建模3 8 4 4 本章小节4 0 第五章钢板弹簧的有限元分析4 1
2、 5 1 有限元分析的基本原理与方法4 1 5 1 1 有限元分析的基本原理4 l 5 1 2 有限元计算的具体方法4 2 5 2 有限元分析常用软件4 3 5 2 1A N S Y S 4 3 5 2 2C o s m o s 4 3 5 2 3N A S T R A N 4 4 5 3 汽车钢板弹簧有限元分析步骤4 4 5 3 1 非线性分析4 5 5 3 2 非线性分析的基本步骤4 5 5 4 长城赛铃轻型卡车弹簧有限元分析4 6 5 5 长城赛铃轻型卡车弹簧有限元分析结果4 7 5 5 1 原车钢板弹簧分析结果4 7 5 5 2 优化后少片弹簧分析结果5 l 5 6 本章小节5 5 第
3、六章少片变截面钢板弹簧性能试验5 6 6 1 钢板弹簧性能试验5 6 6 1 1 钢板弹簧的刚度测定5 6 6 1 2 钢板弹簧的应力测定5 6 6 1 3 钢板弹簧单片疲劳试验5 6 6 1 4 钢板弹簧总成疲劳试验5 6 6 2 少片变截面钢板弹簧性能试验5 7 6 2 1 钢板弹簧试验的目的5 7 6 2 2 试验设备5 8 6 2 3 试验过程5 8 6 3 本章小节6 0 第七章全文总结与展望6 1 7 1 全文小节6 l 7 2 展望6 2 I I 山东大学硕士学位论文 参考文献6 3 致谢6 7 I I I 山东大学硕士学位论文 I V 山东大学硕士学位论文 C O N T E
4、N T S A b s t r a c t ( i nC h i n e s e ) 1 A b s t r a c t ( i nE n g l i s h ) 1 C h a p t e r l I n t r o d u c t i o n 1 1 1L i g h tt r u c ks u s p e n s i o n 1 1 2D e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hd i r e c t i o no f l e a f s p r i n g 2 1 2 1 T h ee a r l ye r ao f v e h i c l eh
5、i s t o r y 2 1 2 2 D e v e l o p m e n to fL i t t l ep i e c ec r o s s s e c t i o n1 e a fs p r i n g 3 1 3D e v e l o p m e n to f t h el e a fs p r i n gi nC h i n a 4 1 4T h ef u t u r eo f t h el e a fs p r i n g 5 C h a p t e r 2 L e a fs p r i n gO p t i m i z a t i o nd e s i g nm e t h o
6、 d s 7 2 1P r i n c i p l ea n dp r o c e s so f O p t i m i z a t i o nd e s i g n 7 2 2C o m m o n l yu s e dO p t i m i z a t i o nd e s i g nM e t h o d s 9 2 2 1C o n s t r a i n e dO p t i m i z a t i o nd e s i g nm e t h o d s 9 2 2 2U n c o n s t r a i n e dO p t i m i z a t i o nd e s i g
7、nm e t h o d s 9 2 ，3G e n e t i ca l g o r i t h m ，j j r j r 2 3 1C h a r a c t e r i s t i co f G e n e t i ca l g o r i t h m 1 1 2 3 2C o n t e n to fG e n e t i ca l g o r i t h m 12 2 3 3S t e p so f G e n e t i ca l g o r i t h m 1 3 2 4T h er e s u l t so f O p t i m i z a t i o nd e s i g
8、n 1 ：； 2 5C h a p t e rS u m m a r y 1 4 C h a p t e r 3O p t i m i z a t i o nd e s i g no f t h el e a f s p r i n go f G r e a t w a l lS a i l i n g 1 5 3 1T h eP r i n c i p l eo f l e a f s p r i n gd e s i g n 1 5 3 1 1C a l c u l a t i o na n dd e s i g no f t h ec o m m o nl e a f s p r i n
9、 g 1 5 3 1 2M e c h a n i c a lm o d e lo f t h el e a f s p r i n g 1 6 3 1 3G e o m e t r i cc a l c u l a t i o no f L i t t l ep i e c ec r o s s s e c t i o nl e a f s p r i n g 1 7 3 2D r i v ea x l eo f G r e a t w a l lS a i l i n g 1 7 3 2 1B a s i cP a r a m e t e r so f G r e a t w a l lS
10、 a i l i n g Sd r i v ea x l e 1 7 3 2 2G e o m e t r i cd i m e n s i o no f G r e a t w a l lS a i l i n g S1 e a f s p r i n gOOIOIO0001 7 3 3O p t i m i z a t i o nd e s i g no f S a i l i n g Sl e a f s p r i n g 1 8 3 3 1M e c h a n i c a lm o d e la n dD e s i g nv a r i a b l e s 1 8 3 3 2O
11、b j e c t i v ef u n c t i o no f t h eO p t i m i z a t i o nd e s i g n 1 9 3 3 3C o n s t r a i n tc o n d i t i o n s 2 0 ：；3 4O t h e rp a r a m e t e r s 2 1 3 4P r o c e s so f G e n e t i ca l g o r i t h m 2 1 3 5M A T L A Bi nG e n e t i ca l g o r i t h m 2 3 3 5 1F l o wc h a r to f G e
12、n e t i ca l g o r i t h m 2 3 3 5 2P r o g r a m m i n gw i t hM A T L A B 2 3 3 5 3T h er e s u l t so f t h eo p e r a t i o n 2 5 3 6C h a p t e rS u m m a r y 2 5 C h a p t e r 4 L e a f s p r i n gm o d e l i n gw i t hC A D s o f t w a r e 2 7 4 1T h ed e v e l o p m e n to fC A D t e c h n o
13、 l o g y 2 7 4 1 1T h ea d v a n t a g eo f C A D 2 7 V 山东大学硕士学位论文 4 1 2C A D Sd e v e l o p m e n tp r o c e s s 2 8 4 1 3C h i n e s eC A DI n t r o d u c t i o n 2 8 4 2C o m m o nC A D i n t r o d u c t i o n 3 0 4 2 1P r o E n g i n e e r 3 0 4 2 2U G 3 0 4 2 3C A T I A 31 4 2 4C r e o 3 3 4 3L
14、 e a fs p r i n gm o d e l i n gw i t hP R O E 3 3 4 3 1 M o d e l i n go f t h eo r i g i n a ll e a f s p r i n g 3 3 4 3 2D i m e n s i o no f o r i g i n a ll e a f s p r i n gm o d e l 3 4 4 3 3D i m e n s i o no fO p t i m i z a t i o nd e s i g n e dl e a fs p r i n gm o d e l 3 7 4 3 4O p t
15、i m i z a t i o nd e s i g n e dl e a fs p r i n gm o d e l 3 8 4 4C h a p t e rS u m m a r y 3 8 C h a p t e r 5 T h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so f t h el e a fs p r i n g 4 1 5 1 P r i n c i p l ea n dm e t h o d so f t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 1 5 1 1P r i n c i
16、 p l eo f t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 1 5 1 。2M e t h o d so f t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 2 5 2F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o ns o f t w a r e 4 3 5 2 1A N S Y S 4 3 1 ；2 2C o s m o s 4 3 5 2 3N A S T R A N 4 4 5 3P r o c e s so f t h el e a fs p r
17、 i n gw i t hf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 4 5 3 1N o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 5 5 3 2P r o c e s so f t h en o n l i n e a rf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 5 5 4S a i l i n g Sl e a fs p r i n gw i t hf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o
18、n 4 6 5 5R e s u l t so f t h ef i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o n 4 7 5 5 1O r i g i n a ll e a fs p r i n gf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o nr e s u l t s 4 7 5 5 2O p t i m i z a t i o nd e s i g n e dl e a fs p r i n gf i n i t ee l e m e n ta n a l y s i o nr e s u l t s 51 5 6C h
19、a p t e rS u m m a r y 5 5 C h a p t e r 6 T h et e s to fL i t t l ep i e c ec r o s s s e c t i o nl e a fs p r i n g 5 6 6 1T h ep e r f o r m a n c et e s to fl e a fs p r i n g 5 6 6 1 1T h et e s to f l e a f s p r i n g Sr i g i d i t y 5 6 6 1 2T h et e s to f l e a f s p r i n g Ss t r e s
20、s 5 6 6 1 3T h et e s to fs i g l el e a fs p r i n g Sf a t i g u e 5 6 6 1 4T h et e s to f l e a fs p r i n ga s s e m b l y Sf a t i g u e 5 6 6 2T h ep e r f o r m a n c et e s to fl i t t l ep i e c ec r o s s - s e c t i o nl e a fs p r i n g 5 7 6 2 1T h ep u r p o s eo fl i t t l ep i e c e
21、c r o s s s e c t i o nl e a fs p r i n g t e s t 5 7 6 2 2T e s te q u i p m e n t 5 8 6 2 3T h ep r o c e s so f t e s t 5 8 6 3C h a p t e rS u m m a r y 6 0 C h a p t e r 7 C o n c l u s i o na n d E x p e c t i o n 6 1 7 1C o n c l u s i o n 6 1 7 2E x p e c t i o n 6 2 V I 山东大学硕士学位论文 R e f e r
22、 e n c e 6 3 T h a n k s 6 7 V l l 山东大学硕士学位论文 V l I I 山东大学硕士学位论文 摘要 汽车平稳的行驶必须依靠可靠的悬架系统来保证。悬架系统将车辆的载荷传 递给车轮，同时吸收路面通过车轮对车身的冲击与振动。悬架系统的刚度和振动 频率直接影响汽车行驶时的稳定性、安全性和舒适性。所以合理的设计悬架系统， 是汽车设计过程当中重要的环节。 在汽车悬架系统中，由钢板弹簧组成的非独立悬架因为结构简单；性能可靠； 承载能力强，从而被广泛应用于各种载货车辆。早期的钢板弹簧悬架设计过程当 中，为了方便进行计算，往往把钢板弹簧的力学模型进行比较大的简化。在设计 过程
23、当中，往往需要很多的经验公式和调整参数。在设计过程当中，计算的原则 只要满足悬架的基本力学性能和运动学性能即可，不要求对力学状态的精确模 拟，也就难以根据实际情况设计出钢板弹簧的最佳结构。 随着计算机技术、优化设计算法和计算机仿真等新技术的不断发展，计算机 强大的计算能力，让工程设计人员可以建立更加精确的钢板弹簧力学模型。在 C A D 、C A E 的技术支持下，钢板弹簧的设计可以实现多目标、多约束条件下的优 化计算。在设计过程当中可以生成实体模型，实体模型通过有限元分析软件的仿 真计算，可以得到更加精确的力学分析结果，更加方便验证优化设计的效果。 目前对于轻型卡车来说，少片变截面钢板弹簧因
24、为优异的性能而越来越多的 应用开来。相对于传统的钢板弹簧，少片变截面钢板弹簧具有更轻的质量，从而 降低车重和油耗，改善了行驶时的稳定性。保定长城汽车生产的赛铃皮卡，是国 内销量最大的皮卡车型，后悬架设计采用了传统的钢板弹簧结构。本文中通过采 用遗传算法的优化设计过程，将赛铃皮卡的传统钢板弹簧转变为少片变截面钢板 弹簧元件。在进行完优化设计的数学计算之后，根据计算得到的结构尺寸数据， 使用P R OE N G I N E E R 软件对钢板弹簧零件和总成进行三维建模。同时，我们还将 原来的钢板弹簧零件和总成也进行了建模。两种类型的钢板弹簧总成建模完成后 使用有限元分析软件A N S Y S 对他
25、们进行对比分析。 最终结论是，通过使用遗传算法优化设计后的赛铃皮卡后桥钢板弹簧悬架总 成比原有悬架总成减轻了质量；改善了钢板弹簧每片的受力状况；提高了使用寿 命。本次优化设计最终取得理想的设计效果。 关键词：钢板弹簧；少片变截面钢板弹簧；遗传算法；有限元分析 I X 山东大学硕士学位论文 X 山东大学硕士学位论文 A b s t r a c t T h es t e a d yr u n n i n go ft h ea u t o m o b i l em u s tb eg u a r a n t e e d b yt h er e l i a b l e s u s p e n s i
26、o ns y s t e mw h i c ht r a n s m i t st h el o a do ft h ev e h i c l et ow h e e l sa n da b s o r b st h e s h o c ka n dv i b r a t i o nt ot h e C a rb o d yf r o mt h er o a dt h r o u g hw h e e l s T h er i g i d i t y , v i b r a t i o na n df r e q u e n c yo ft h es u s p e n s i o ns y
27、s t e mh a v ed i r e c ti m p a c t i o n so nt h e s t a b i l i t y , s a f e t ya n dc o m f o r t a b i l i t yo ft h ec a rd u r i n gi t sr u n n i n g T h e r e f o r e ，r e a s o n a b l y d e s i g n e ds u s p e n s i o ns y s t e mi sa ni m p o r t a n tl i n ko ft h ea u t o m o b i l e
28、d e s i g n I nt h es u s p e n s i o ns y S t e mo ft h ea m o m o b i l e ，t h ed e p e n d e n ts u s p e n s i o nc o m p o s e d o fl e a fs p r i n gi sw i d e l yu s e di nv a r i o u sc a r g ov e h i c l e sd u et oi t ss i m p l es t r u c t u r e ， r e l i a b l e p e r f o r m a n c ea n
29、 ds t r o n g c a r r y i n gc a p a c i t y F o rt h ec o n v e n i e n c eo f c o m p u t a t i o n ，t h em e c h a n i c a lm o d e lo ft h el e a fs p r i n gi sa l w a y ss i m p l i f i e di nt h e p r o c e s so ft h ee a r l yl e a fs p r i n gs u s p e n s i o nd e s i g n T h ed e s i g no
30、 f t e nn e e d sp l e n t yo f e m p i r i c a lf o r m u l a sa n da d j u s t m e n tp a r a m e t e r s I nc o m p u t a t i o n ，i ti so n l yn e c e s s a r yt o m e e tb a s i cm e c h a n i c a lp r o p e r t ya n dk i n e m a t i c sp e r f o r m a n c eo ft h es u s p e n s i o nr a t h e
31、r t h a np r e c i s es i m u l a t i o nt om e c h a n i c a ls t a t e A sar e s u l t ，i ti sq u i t eh a r dt od e s i g na n o p t i m a ls t r u c t u r ef o rt h el e a fs p r i n gb a s e do nt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o n W i t ht h ec o n t i n u o u s d e v e l o p m e n to ft h
32、ec o m p u t e rt e c h n o l o g y , o p t i m i z a t i o n d e s i g na l g o r i t h m ，c o m p u t e rs i m u l a t i o na n do t h e rn e wt e c h n o l o g i e s ，p r o j e c tp l a n n e r s C a nb u i l dm o r ea c c u r a t el e a fs p r i n gm e c h a n i c a lm o d e lw i t ht h ep o w e
33、 r f u lc o m p u t i n g p o w e ro ft h ec o m p u t e r U n d e rt h es u p p o r to fC A Da n dC A Et e c h n o l o g y , t h el e a f s p r i n gd e s i g n e dC a nr e a l i z eo p t i m a lc o m p u t a t i o nw i t hm u l t i p l et a r g e t sa n dc o n s t r a i n t c o n d i t i o n sa n
34、dg e n e r a t es o l i dm o d e lw h i c hm a yg e tm o r ep r e c i s em e c h a n i c a lr e s u l t t h r o u g hs o f t w a r eo ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i sa n di sm o r ec o n v e n i e n tt ov e r i f yt h e d e s i g ne f f e c t A tp r e s e n t ，f o rl i g h tt r u c k ，t h ee
35、 x c e l l e n tp e r f o r m a n c eo ft a p e r - l e a fs p r i n gi s i n c r e a s i n g l ya p p l i e d C o m p a r e dw i t ht r a d i t i o n a ll e a fs p r i n g ，t a p e r - l e a fs p r i n gi sl i g h t i nm a s s ，w h i c hr e d u c e sv e h i c l ew e i g h ta n df u e l c o n s u m
36、p t i o na n di m p r o v e st h e s t a b i l i t yi nr u n n i n g S a i l i n gp i c k u pw h o s er e a rs u s p e n s i o ni sd e s i g n e dw i t ht r a d i t i o n a l l e a fs p r i n gs t r u c t u r ep r o d u c e db yB a o d i n gG r e a tW a l lA u t o m o b i l ei si nt h eg r e a t e s
37、 t 1 山东大学硕士学位论文 d e m a n di nC h i n a T h et r a d i t i o n a ll e a fs p r i n go fS a i l i n gp i c k - u pi st u r n e di n t o t a p e r - l e a fs p r i n gv i at h eo p t i m a ld e s i g np r o c e s sw i t hg e n e t i ca l g o r i t h m A f t e r t h e m a t h e m a t i c a lc a l c u l
38、 a t i o n ，3 Dm o d e l i n gw i l lb ec ，a r r i e do u tf o rl e a fs p r i n gp a r t sa n d a s s e m b l yw i t ht h eP R OE N G I N E E Rs o f t w a r e b a s e do nt h es t r u c t u r es i z ed a t a o b t a i n e da b o v e M e a n w h i l e ，w ea l s ob u i l dm o d e lf o rt h eo r i g i
39、 n a ll e a fs p r i n gp a r t sa n d a s s e m b l y T h e n ，m a k ec o n t r a s t i v ea n a l y s i sf o rt h et w ot y p e so fm o d e l i n gw i t ht h e s o f t w a r eo ff i n i t ee l e m e n ta n a l y s i s T h ef i n a lc o n c l u s i o ni st h a tt h el e a fs p r i n gs u s p e n s
40、i o na s s e m b l yi nr e a ra x l eo f t h eS a i l i n gp i c k - u pa f t e ro p t i m i z e dw i t hg e n e t i ca l g o r i t h mi sl i g h t e rt h a nt h eo r i g i n a l o n ea n dt h es t r e s sc o n d i t i o no fe a c hl e a fs p r i n gi sa l s oi m p r o v e d ，r e s u l t i n gi nl o n g e r s e r v i c el i f e T h i so p t i m a ld e s i g na c