随着中国社会的发展和进步,驾驶员对于重型商用汽车行驶过程中的舒适性要求逐步提高。而汽车钢板弹簧作为应用最广泛的底盘悬架件,因其成本低、结构简单和易于维修保养等优点而被普遍采用,同时在满足提高重型商用汽车运输效率要求的前提下,也可一定程度地保证汽车行驶的平顺性和操纵稳定性。但是由于钢板弹簧存在几何非线性和接触非线性等多种非线性因素,因而增加了其精益设计的难度。随着科技水平的提升,现代CAE技术的发展和实验验证手段为解决这类问题提供了有力的工具。本文以某重型牵引汽车为例,针对后平衡悬架的设计、应用的现状,结合目前的先进模拟仿真分析和实验测试,就以下几个方面开展了相关工作。(1)通过研究钢板弹簧的数学模型,论证了梯形变截面钢板弹簧的计算方法,建立了少片变截面钢板弹簧的数学模型并对少片变截面钢板弹簧的刚度、强度等计算方法进行研究,进而重点探讨少片变截面钢板弹簧三维模型的建立。(2)利用结构非线性有限元方法,考虑板簧工作过程中的变形、各片之间的接触等多种非线性因素,应用Ansys建立了某少片钢板弹簧的有限元模型,并分别在夹紧、满载和极限三种工况下分析计算了板簧的应力和应变分布和刚度特性。(3)对平衡悬架的少片钢板弹簧进行了优化设计。首先,在满足平衡悬架设计要求的前提下,利用MATLAB对单片板簧的结构参数进行优化匹配,结合各片板簧的比应力、刚度等参数,在现有平衡悬架结构的基础上合理分配主副簧的高度和作用行程,进一步降低悬架空载偏颇,提高整车平顺性。最后对优化前、后平衡悬架钢板弹簧的结构性能进行了对比,台架结果表明优化设计后钢板弹簧满足设计要求,建立的模型精确度极高。通过弹簧的特性试验,确定其弹性变形量和刚度的实际值。试验结果和有限元分析计算结果进行比较表明,两者吻合良好,从而验证了本文所建立的钢板弹簧有限元分析模型及分析方法的精确性。(4)对悬架系统的橡胶元件的性能进行基础研究。因橡胶件应力应变关系比较复杂,在实际应用中为提高橡胶件的刚度,对于承载件往往在橡胶件中间金属夹层用来提高橡胶件的性能。本文借助有限元和断裂力学分析,对橡胶件-金属夹层结构进行研究,分析橡胶件在载荷作用方面产生的应变变化。同时结合实际使用情况,分析橡胶轴承对钢板弹簧座强度的影响。橡胶轴承作为板簧座与平衡悬架大支架的连接件,其刚性和强度对板簧座的影响较大。橡胶材料的非线性和其本构关系,以及橡胶轴承和板簧座之间复杂的接触关系,使得橡胶轴承-板簧座的强度分析以及计算精度的保证非常困难。本文结合橡胶元件的材料特性,以及大量的台架实验,并通过Abaqus非线性CAE分析,较为准确的对橡胶轴承-板簧座的强度进行分析。