تحلیل سفتی فنر تخت با استفاده از قیود چند نقطهای (MPC)
محورهای موضوعی : دینامیک خودرو
1 - استادیار، مرکز تحقیقات انرژی و توسعه پایدار، واحد سمنان، دانشگاه آزاد اسلامی، سمنان، ایران
کلید واژه: سفتی فنر, فنر تخت, آنالیز استاتیکی, قیود چند نقطه ای,
چکیده مقاله :
فنر تخت یکی از اجزای کلیدی سیستم تعلیق خودروها است که عمدتاً در خودروهای سنگین، بیابانی و وانتها استفاده میشود و نقش مهمی در کنترل ارتعاشات و انتقال نیرو دارد. تعیین دقیق سفتی فنر برای تحلیل دینامیکی و استاتیکی سیستم تعلیق ضروری است. در این مطالعه، یک فنر تخت ششلایه با طولهای متفاوت و سطح مقطع ثابت از نوع نیمبیضی، در نرمافزار پترن با استفاده از ۱۱۳ المان تیر مدلسازی شده است. به جای استفاده از المان تماس بین لایهها، قیود چندنقطهای لغزش بکار رفت تا پیچیدگی تحلیل کاهش یابد. شرایط مرزی آزمایشگاهی و بارگذاری نیرو در وسط فنر اعمال و سفتی فنر با استفاده از تحلیل استاتیکی خطی در نرمافزار نسترن محاسبه گردید. نتایج شبیهسازی با دادههای آزمایشگاهی مقایسه شد و نشان داد که استفاده از قیود چندنقطهای با دقت قابل قبولی جایگزین المان تماس میشود. این روش علاوه بر دقت مناسب، زمان تحلیل را بهطور چشمگیری کاهش داده و امکان انجام آنالیزهای استاتیکی و بررسی تنش در اتصالات فنر را فراهم میسازد.
The leaf spring is a critical component of vehicle suspension systems, widely used in heavy-duty, off-road, and pickup vehicles, where it plays a key role in vibration control and load transmission. Accurate determination of spring stiffness is essential for both dynamic and static analyses of suspension systems. In this study, a six-layer leaf spring with varying lengths and a constant semi-elliptical cross-section was modeled in Patran using 113 beam elements. Instead of using contact elements between the layers, a multi-point constraint (MPC) sliding approach was applied to reduce the complexity of the analysis. Laboratory boundary conditions were implemented, and a load was applied at the midpoint of the spring. The spring stiffness was then computed using linear static analysis in Nastran. Comparison with experimental results demonstrated that the MPC sliding method can effectively replace contact elements with acceptable accuracy. This approach not only significantly reduces computational time but also enables straightforward linear static analyses and stress evaluations in spring attachments.
ر. کاظمی، ع. جعفری، م. انصاری موحد، اصول طراحی سیستم تعلیق و فرمان خودرو، تهران: انتشارات نخل دانش، ۱۳۸۱
M. Olley, F. William, L. Douglas, Chassis Design Principle and Analysis, Engineering Publishing, 2002
M. A. Osipenko, Yu. I. Nyashin, R. N. Rudakov, “A Contact Problem in the Theory of Leaf Spring Bending,” International Journal of Solids and Structures, pp. 3129–3136, 2003
A. Skrzat, T. Paszek, “Three-Dimensional Contact Analysis of the Car Leaf Spring,” Numerical Methods in Continuum Mechanics, 2003
Z. Zhang, Y. Zhao, and J. Zhang, “Analysis on the Stiffness of Leaf Spring Based on ABAQUS,” Applied Mechanics and Materials, vol. 273, pp. 225–229, 2013.
L. Li, J. Liu, and H. Li, “Study on the Modeling Method of Leaf Spring Based on Assembly Pre-Stress,” Applied Mechanics and Materials, vol. 663, pp. 545549, 2013.
X. Chen, Y. Zhang, and M. Wang, “Calculation and Analysis of Stiffness of Taper-Leaf Spring with Variable Stiffness,” SAE Technical Paper 2014-01-0929, 2014. H. Carlson, Spring Designer's Handbook, CRC Press, 1978