Resumen de Optimal design of leaf springs for vehicle suspensions under cyclic conditions

David Mantilla, Nelson Arzola de la Peña, Oscar Javier Araque de los Ríos

• español

  Los sistemas de suspensión para un vehículo se diseñan para brindar un mejor rendimiento en cuanto a confort y maniobrabilidad, además de otros requerimientos como la resistencia a la fatiga. Este trabajo centra su interés en los resortes tipo ballesta, los cuales son ampliamente utilizados en una gran variedad de vehículos, deben su vigencia a su gran capacidad de carga y los bajos costos de manufactura y mantenimiento. Para dar un mayor valor agregado a este tipo suspensión se ha analizado su comportamiento dinámico desde el punto de vista de componente desde un estado estacionario de precarga no-lineal. Este incluye la condición de contacto de sus propios componentes, las grandes deflexiones y los torques de apriete de ensamble de todo el conjunto. Los componentes del subsistema de masa no suspendida tales como neumáticos, amortiguadores y barra estabilizadora se caracterizan conforme a modelos simplificados para disminuir el costo computacional. Para llevar a cabo la simulación del sistema completo se define un vehículo de pruebas comercial. Se modelan en 3D los componentes más relevantes del vehículo en cuanto a su masa y conexión rígida. El vehículo es analizado mediante el método Multi-Body Systems MBS+FEM en un entorno transitorio no-lineal implícito a través del solver APDL de ANSYS. La simulación dinámica es parametrizada para poder ejecutar un Diseño de Experimentos y determinar las características de rigidez y amortiguamiento óptimas que debe tener la suspensión dependiendo de la carga que se transporte.

• English

  The suspension systems are designed to provide good performance in terms of comfort and maneuverability and to satisfy other requirements such as fatigue strength. This study focuses on the leaf springs, a classic mechanism; leaf springs are still being extensively used in several types of vehicles because of their high load capacity and low manufacturing and maintenance costs. Its dynamic behavior assesses stationary nonlinear preload state components to provide considerable added value to this suspension type. This assessment considers the contact condition of the suspension's components and the large deflections and tightening torques observed in the whole assembly. Furthermore, the components of the non-suspended mass subsystems, such as tires, shock absorbers, and stabilizer bars, are characterized according to the simplified models for reducing their computational cost. In addition, a commercial test vehicle is used for simulating the complete system using three-dimensional modeling for describing its most relevant components in terms of their mass and rigid connection. The vehicle is additionally analyzed using multibody system simulations (MBS) coupled with the finite element method (FEM) in an implicit nonlinear transient environment using the ANSYS APDL solver. This dynamic simulation is parameter-driven for obtaining the experimental design and determining the optimal suspension stiffness and damping features required for transporting suitable load sizes.