钢板弹簧传统设计方法主要是根据设计目标值，运用理论方法确定、修正能满足要求的板簧基本设计参数，绘制图纸，制造样品，实验验证，如果发现结构或性能存在缺陷，重新设计、实验，直到满足设计要求为止。显然，由于传统的方法中存在的设计更改可能性较大，因而，延长了产品开发的周期，增加了产品开发的成本。

有限元法是一种工程物理问题的数值分析方法，根据近似分割和能量极值原理，将求解区域离散为有限多个单元的组合，计算程序依照不同单元类型的形函数规则，生成每个单元的单元矩阵，然后组装成整体单元矩阵，通过变分原理，把问题转化为一系列线性代数方程组求解，因此，有限元法突破了传统理论方法中自身存在的假设和应用限制，大大提高了设计的可靠性，同时，由于整个设计、分析过程都是在计算机上完成，大大缩短了开发周期，减少了成本。

但对汽车渐变钢板弹簧进行了有限元仿真是一件具有挑战性的任务，由于其涉及高度接触非线性、结构大变形，给分析带来了不少困难，为降低分析难度，一般都对有限元模型作了一定简化，因而，未能充分发挥有限元法的优势。本文较全面的考虑了钢板弹簧各种非线性因素，以减少简化产生的误差，为钢板弹簧在设计阶段满足设计目标值提供依据。

相关参数及实验结果

某汽车钢板弹簧相关参数及实验数据如表 2-1、2-2、2-3所示：

表2-1板簧引用参数

表2-2 簧片几何参数

表2-3刚度特性实验数据

有限元模型

本仿真使用三维实体单元建立有限元分析模型，考虑了渐变钢板弹簧的安装预应力、结构大变形、接触、材料非线性、衬套刚度等因素，按钢板弹簧实验方案施加约束及载荷，使用 ABAQUS/STANDARD对某渐变钢板弹簧进行了有限元分析，有限元模型如图1所示：

图1有限元分析模型

分析结果

相关有限元分析结果如下所示：

图2 装配应力分布

图3 最终状态变形及应力分布

表 4-1 板簧刚度特性仿真数据

图4 仿真与实验对比曲线

结论

1)利用 ABAQUS强大的非线性分析功能，较为成功的模拟了汽车渐变钢板弹簧从装配到加载的整个分析过程；

2)有限元分析得出的主簧刚度和组合刚度与实验结果比较吻合，如表5-1所示，说明仿真结果是可信的。

表5-1板簧刚度对比

资料来源：达索官方