弹簧垫的有限元分析方法与流程

1.本发明涉及建模分析技术领域，具体涉及一种针对汽车悬挂系统中的弹簧垫的有限元分析方法。


背景技术：

2.弹簧垫是汽车悬挂系统中重要的减震降噪零件，其结构直接影响悬挂系统的性能。有限元分析可以得到弹簧垫各部件的应力应变结果，为弹簧垫的优化设计提供指导和参考，可以降低产品开发周期，提高产品竞争力。现有技术中并未将有限元分析技术应用到弹簧垫的开发中。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种适用于弹簧垫，能够降低产品开发周期、提高产品竞争力的弹簧垫的有限元分析方法。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种弹簧垫的有限元分析方法，该弹簧垫的有限元分析方法为：划分弹簧垫的第一塑料件、第一橡胶、胶水、第二橡胶和第二塑料件的网格模型作为第一类模型；划分所述弹簧垫的弹簧、对应所述胶水的虚拟胶水、对应所述第二橡胶的虚拟第二橡胶的网格模型作为第二类模型；创建静力隐式分析步分析所述第二类模型；创建动力显式分析步并结合所述静力隐式分析步的分析结果分析所述第一类模型；最后移除所述虚拟胶水和所述虚拟第二橡胶。
5.所述第一塑料件、所述第一橡胶、所述胶水、所述第二橡胶、所述第二塑料件、所述弹簧、所述虚拟胶水、所述虚拟第二橡胶均为缩减积分单元。
6.所述缩减积分单元的形状为六面体。
7.所述虚拟胶水表面的网格与所述胶水表面的网格一致，所述虚拟第二橡胶表面的网格与所述第二橡胶表面的网格一致。
8.所述胶水表面的网格与所述第一橡胶表面的网格在所述胶水与所述第一橡胶的接触区域节点一一对应并连接。
9.所述虚拟胶水与所述弹簧之间，所述虚拟第二橡胶与所述弹簧之间为接触对接触。
10.所述静力隐式分析步中，所述虚拟胶水和所述虚拟第二橡胶分别压缩所述弹簧，当所述弹簧的长度尺寸小于所述胶水和所述第二橡胶的间距时，所述静力隐式分析步停止。
11.所述动力显式分析步中，导入所述静力隐式分析步求解后的所述虚拟胶水、所述虚拟第二橡胶和压缩后的所述弹簧。
12.所述动力显式分析步中，所述虚拟胶水和所述虚拟第二橡胶分别释放所述弹簧，当所述弹簧与所述胶水、所述第二橡胶完全接触时，所述动力显式分析步停止。
13.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够针对弹簧垫进行高效、精确地有限元分析。
附图说明
14.附图1为本发明中采用的模型整体结构示意图。
15.附图2为本发明中静力隐式分析步的模型图。
16.附图3为本发明中动力显式分析步的模型图。
17.附图4为导入静力隐式分析步的分析结果后的动力显式分析步的模型图。
18.附图5为本发明的中动力显式分析步的弹簧垫下垫局部示意图。
19.附图6为本发明的中动力显式分析步的弹簧垫上垫局部剖视图。
具体实施方式
20.下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
21.实施例一：如附图1至附图6所示，弹簧垫包括设置在弹簧2上端的上垫和设置在弹簧2下端的下垫，其中下垫包括第一塑料件4和第一橡胶3，下垫与弹簧2之间通过胶水7连接，上垫包括第二塑料件8和第二橡胶1。
22.针对上述弹簧垫进行有限元分析的方法为：划分弹簧垫的第一塑料件4、第一橡胶3、胶水7、第二橡胶1和第二塑料件8的网格模型作为第一类模型；划分弹簧垫的弹簧2、对应胶水7的虚拟胶水6、对应第二橡胶1的虚拟第二橡胶5的网格模型作为第二类模型；创建静力隐式分析步分析第二类模型；创建动力显式分析步并结合静力隐式分析步的分析结果分析第一类模型；最后移除虚拟胶水6和虚拟第二橡胶5。
23.第一塑料件4、第一橡胶3、胶水7、第二橡胶1、第二塑料件8、弹簧2、虚拟胶水6、虚拟第二橡胶5均为缩减积分单元，而缩减积分单元的形状为六面体。其有益效果是：弹簧2压缩装配进入弹簧垫时，会导致弹簧垫存在很大的应变，并且弹簧垫各部件之间、弹簧垫和弹簧2之间存在复杂接触关系，缩减积分单元适用于大应变和复杂接触，同时缩减积分单元，积分点数目少，计算速度更快。
24.虚拟胶水6表面的网格与胶水7表面的网格一致，虚拟第二橡胶5表面的网格与第二橡胶1表面的网格一致。其有益效果是：虚拟胶水6和虚拟第二橡胶5的网格模型可以直接复制生成，免去建模的工作，提高建模效率。虚拟胶水6、虚拟第二橡胶5分别和胶水7、第二橡胶1表面网格一致可以保证动力显式分析时，弹簧2和胶水7、第二橡胶1之间接触的稳定建立。
25.胶水7表面的网格与第一橡胶3表面的网格在胶水7与第一橡胶3的接触区域节点一一对应并连接。其有益效果是：采用节点一一对应连接，可以免去使用tie连接，使胶水7和第一橡胶3之间的连接更加稳定。
26.虚拟胶水6与弹簧2之间、虚拟第二橡胶5与弹簧2之间为接触对接触。其有益效果是：静力隐式分析步只包含虚拟胶水6、虚拟第二橡胶5和弹簧2网格，不包含弹簧垫其他部件，网格数量少，计算速度快。静力隐式分析步不存在动态效应可以选择比动力显式更大的位移增量进行加载，计算更高效更精确。
27.静力隐式分析步包含虚拟胶水6、虚拟第二橡胶5和弹簧2网格。静力隐式分析步
中，虚拟胶水6和虚拟第二橡胶5分别压缩弹簧2，当弹簧2的长度尺寸小于胶水7和第二橡胶1的间距时，静力隐式分析步停止。其有益效果是：弹簧2尺寸被压缩至小于胶水7和第二橡胶1间距时，导入动力显式分析步中，此时弹簧2和胶水7、第二橡胶1之间存在间隙，不会因为初始干涉而导致分析异常。
28.动力显式分析步包含第一塑料件4、第一橡胶3、胶水7、第二橡胶1和第二塑料件8。动力显式分析步中，导入静力隐式分析步求解后的虚拟胶水6、虚拟第二橡胶5和压缩后的弹簧2。其有益效果是：弹簧2装配后，弹簧垫各部件存在复杂接触和大应变，使用静力隐式分析步求解时会存在收敛困难。动力显式分析步不存在收敛问题，可以解决此类大应变、复杂接触问题。但是，动力显式分析步的动态效应对于大位移加载比较敏感。因此，首先使用静力隐式分析步对弹簧2进行大位移压缩，再导入动力显式分析步处理复杂接触和大应变，可以解决此类大位移加载同时存在复杂接触和大应变的分析。
29.动力显式分析步中，虚拟胶水6和虚拟第二橡胶5分别释放弹簧2，当弹簧2与胶水7、第二橡胶1完全接触时，动力显式分析步停止。其有益效果是：虚拟胶水6、虚拟第二橡胶5分别和胶水7、第二橡胶1表面网格一致可以保弹簧2和胶水7、第二橡胶1之间接触的稳定建立。
30.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述弹簧垫的有限元分析方法为：划分弹簧垫的第一塑料件、第一橡胶、胶水、第二橡胶和第二塑料件的网格模型作为第一类模型；划分所述弹簧垫的弹簧、对应所述胶水的虚拟胶水、对应所述第二橡胶的虚拟第二橡胶的网格模型作为第二类模型；创建静力隐式分析步分析所述第二类模型；创建动力显式分析步并结合所述静力隐式分析步的分析结果分析所述第一类模型；最后移除所述虚拟胶水和所述虚拟第二橡胶。2.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述第一塑料件、所述第一橡胶、所述胶水、所述第二橡胶、所述第二塑料件、所述弹簧、所述虚拟胶水、所述虚拟第二橡胶均为缩减积分单元。3.根据权利要求2所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述缩减积分单元的形状为六面体。4.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述虚拟胶水表面的网格与所述胶水表面的网格一致，所述虚拟第二橡胶表面的网格与所述第二橡胶表面的网格一致。5.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述胶水表面的网格与所述第一橡胶表面的网格在所述胶水与所述第一橡胶的接触区域节点一一对应并连接。6.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述虚拟胶水与所述弹簧之间，所述虚拟第二橡胶与所述弹簧之间为接触对接触。7.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述静力隐式分析步中，所述虚拟胶水和所述虚拟第二橡胶分别压缩所述弹簧，当所述弹簧的长度尺寸小于所述胶水和所述第二橡胶的间距时，所述静力隐式分析步停止。8.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述动力显式分析步中，导入所述静力隐式分析步求解后的所述虚拟胶水、所述虚拟第二橡胶和压缩后的所述弹簧。9.根据权利要求1所述的弹簧垫的有限元分析方法，其特征在于：所述动力显式分析步中，所述虚拟胶水和所述虚拟第二橡胶分别释放所述弹簧，当所述弹簧与所述胶水、所述第二橡胶完全接触时，所述动力显式分析步停止。

技术总结
本发明涉及一种弹簧垫的有限元分析方法，该弹簧垫的有限元分析方法为：划分弹簧垫的第一塑料件、第一橡胶、胶水、第二橡胶和第二塑料件的网格模型作为第一类模型；划分弹簧垫的弹簧、对应胶水的虚拟胶水、对应第二橡胶的虚拟第二橡胶的网格模型作为第二类模型；创建静力隐式分析步分析第二类模型；创建动力显式分析步并结合静力隐式分析步的分析结果分析第一类模型；最后移除虚拟胶水和虚拟第二橡胶。第一塑料件、第一橡胶、胶水、第二橡胶、第二塑料件、弹簧、虚拟胶水、虚拟第二橡胶均为缩减积分单元。缩减积分单元的形状为六面体。本发明能够针对弹簧垫进行高效、精确地有限元分析。精确地有限元分析。精确地有限元分析。


技术研发人员：阮涛 熊友超
受保护的技术使用者：福沃克汽车技术（苏州）有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/9/23