淺談ANSYS仿真在汽車板簧中的應(yīng)用分析

王鳳娟

（山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

淺談ANSYS仿真在汽車板簧中的應(yīng)用分析

王鳳娟

（山東理工大學(xué)交通與車輛工程學(xué)院，山東 淄博 255000）

ANSYS仿真分析在車輛工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。介紹了ANSYS有限元軟件和汽車彈簧的分類，分析了板簧設(shè)計(jì)中的幾個關(guān)鍵參數(shù)，總結(jié)了ANSYS仿真在汽車板簧剛度及應(yīng)力分析中的應(yīng)用。

車輛工程；鋼板彈簧；ANSYS仿真；應(yīng)用分析

在車輛工程領(lǐng)域，ANSYS仿真分析的應(yīng)用范圍越來越廣泛，引起了國內(nèi)外車輛工程專家學(xué)者的高度關(guān)注。本文首先介紹了ANSYS有限元軟件，其次對汽車鋼板彈簧的分類及板簧研究中的幾個關(guān)鍵問題進(jìn)行了分析，最后總結(jié)了ANSYS仿真在汽車板簧研究中的應(yīng)用。

1ANSYS軟件簡介

ANSYS軟件是集結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件，其主要模塊分為前處理模塊、分析計(jì)算模塊和后處理模塊[1-2]。前處理模塊提供了強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，以方便用戶構(gòu)造有限元模型；分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析、流體動力學(xué)分析、電磁場分析等，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示等圖形方式顯示，也可以圖表、曲線形式顯示或輸出。

2 汽車板簧研究中的關(guān)鍵問題

2.1 汽車板簧的分類

懸架彈簧是車輛懸架系統(tǒng)的重要組成部件之一，對車身質(zhì)量有支撐作用，影響車輛懸架系統(tǒng)的阻尼匹配、動撓度和靜撓度，影響車輛行駛平順性和安全性。汽車懸架所用的彈性元件有鋼板彈簧、螺旋彈簧、扭桿彈簧、氣體彈簧和橡膠彈簧等[3]。其中，鋼板彈簧由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能可靠等優(yōu)點(diǎn)，是汽車懸架中應(yīng)用最廣泛的彈性元件。隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，基于車輛的行駛安全性和乘坐舒適性，對懸架鋼板彈簧的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。少片變截面鋼板彈簧具有質(zhì)量輕、節(jié)省材料、片間無摩擦或摩擦小、振動噪聲低、等應(yīng)力設(shè)計(jì)、使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，引起了國內(nèi)外車輛懸架專家、生產(chǎn)企業(yè)及車輛制造企業(yè)的高度關(guān)注[4-5]。

2.2 汽車板簧研究中的關(guān)鍵參數(shù)

在汽車鋼板彈簧設(shè)計(jì)研究中，基于剛度要求和應(yīng)力約束條件，需要確定的參數(shù)有滿載弧高、板簧長度、寬度、厚度、片數(shù)、斷面形狀、曲面形狀及主副簧形式等，確定板簧結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)后，對所設(shè)計(jì)的鋼板彈簧進(jìn)行應(yīng)力及剛度驗(yàn)證[6]。

3 ANSYS仿真在汽車板簧中的應(yīng)用

3.1 汽車板簧ANSYS仿真步驟

運(yùn)用ANSYS Workbench有限元軟件對汽車鋼板彈簧的變形及各片應(yīng)力等進(jìn)行仿真分析，其主要步驟為：①應(yīng)用靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析模塊，創(chuàng)建幾何模型并導(dǎo)入幾何體；②添加材料庫，設(shè)置材料屬性；③通過設(shè)置網(wǎng)格參數(shù)，劃分網(wǎng)格；④在板簧根部施加固定約束，在板簧端部施加集中力；⑤結(jié)果后處理，求解板簧變形及各片板簧應(yīng)力。

3.2 板簧變形ANSYS仿真

應(yīng)用ANSYS仿真分析軟件對鋼板彈簧在端部載荷下的最大變形進(jìn)行仿真分析，對于車輛前、后懸架系統(tǒng)鋼板彈簧的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。通過ANSYS仿真分析，可以得到車輛單輪空載、單輪額定滿載及1.5倍單輪額定載荷下的板簧變形，進(jìn)而得到板簧剛度值。通過板簧剛度校核，驗(yàn)證板簧剛度是否滿足剛度設(shè)計(jì)要求值。

3.3 板簧應(yīng)力ANSYS仿真

應(yīng)用ANSYS仿真分析軟件對車輛在額定載荷、1.5倍額定載荷下的各片板簧應(yīng)力進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證各片板簧應(yīng)力是否滿足應(yīng)力約束條件。不同載荷下的各片板簧應(yīng)力必須小于板簧許用應(yīng)力。通過ANSYS應(yīng)力仿真，可及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)板簧的結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，縮短板簧設(shè)計(jì)周期，節(jié)約板簧試驗(yàn)成本，這對鋼板彈簧的設(shè)計(jì)及優(yōu)化具有重要意義。

［1］黃志新，劉成柱.ANSYS Workbench 14.0超級學(xué)習(xí)手冊［M］.北京：人民郵電出版社，2013.

［2］鄭銀環(huán)，張仲甫.ANSYS接觸分析在鋼板彈簧設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，31（5）：752-754.

［3］周長城，趙雷雷.車輛懸架彈性力學(xué)解析計(jì)算理論［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［4］ZHANG J S，HE J J.Fatigue Life Analysis for Taper Leaf Spring［J］.Equipment Manufacturing Technology，2008（10）：27-29.

［5］ZHU J B，CHEN J H，LIN P.Fatigue Life Simulation Design and Research of the Taper Leaf Spring on Automobile［J］.Journal of Chongqing University of Technology，2011，25（4）：18-22.

［6］宋群，周長城，潘禮軍.鋼板彈簧重疊部分應(yīng)力及許用厚度計(jì)算理論的研究［J］.山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2016，30（4）：11-14.

U463.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.148

2095－6835（2017）21－0148－02

〔編輯：劉曉芳〕