王鳳娟

（山東理工大學交通與車輛工程學院，山東 淄博 255000）

淺談ANSYS仿真在汽車板簧中的應用分析

王鳳娟

（山東理工大學交通與車輛工程學院，山東 淄博 255000）

ANSYS仿真分析在車輛工程領域得到了廣泛應用。介紹了ANSYS有限元軟件和汽車彈簧的分類，分析了板簧設計中的幾個關鍵參數(shù)，總結了ANSYS仿真在汽車板簧剛度及應力分析中的應用。

車輛工程；鋼板彈簧；ANSYS仿真；應用分析

在車輛工程領域，ANSYS仿真分析的應用范圍越來越廣泛，引起了國內外車輛工程專家學者的高度關注。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鍵問題進行了分析，最后總結了ANSYS仿真在汽車板簧研究中的應用。

1ANSYS軟件簡介

ANSYS軟件是集結構、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、分析計算模塊和后處理模塊[1-2]。前處理模塊提供了強大的實體建模及網格劃分工具，以方便用戶構造有限元模型；分析計算模塊包括結構分析、流體動力學分析、電磁場分析等，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊將計算結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，鋼板彈簧由于結構簡單、成本低廉、性能可靠等優(yōu)點，是汽車懸架中應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計提出了更高的要求。少片變截面鋼板彈簧具有質量輕、節(jié)省材料、片間無摩擦或摩擦小、振動噪聲低、等應力設計、使用壽命長等優(yōu)點，具有良好的經濟效益和社會效益，引起了國內外車輛懸架專家、生產企業(yè)及車輛制造企業(yè)的高度關注[4-5]。

2.2 汽車板簧研究中的關鍵參數(shù)

在汽車鋼板彈簧設計研究中，基于剛度要求和應力約束條件，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，確定板簧結構尺寸參數(shù)后，對所設計的鋼板彈簧進行應力及剛度驗證[6]。

3 ANSYS仿真在汽車板簧中的應用

3.1 汽車板簧ANSYS仿真步驟

運用ANSYS Workbench有限元軟件對汽車鋼板彈簧的變形及各片應力等進行仿真分析，其主要步驟為：①應用靜態(tài)結構分析模塊，創(chuàng)建幾何模型并導入幾何體；②添加材料庫，設置材料屬性；③通過設置網格參數(shù)，劃分網格；④在板簧根部施加固定約束，在板簧端部施加集中力；⑤結果后處理，求解板簧變形及各片板簧應力。

3.2 板簧變形ANSYS仿真

應用ANSYS仿真分析軟件對鋼板彈簧在端部載荷下的最大變形進行仿真分析，對于車輛前、后懸架系統(tǒng)鋼板彈簧的設計至關重要。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，進而得到板簧剛度值。通過板簧剛度校核，驗證板簧剛度是否滿足剛度設計要求值。

3.3 板簧應力ANSYS仿真

應用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力進行仿真分析，驗證各片板簧應力是否滿足應力約束條件。不同載荷下的各片板簧應力必須小于板簧許用應力。通過ANSYS應力仿真，可及時調整設計板簧的結構尺寸參數(shù)，縮短板簧設計周期，節(jié)約板簧試驗成本，這對鋼板彈簧的設計及優(yōu)化具有重要意義。

［1］黃志新，劉成柱.ANSYS Workbench 14.0超級學習手冊［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計中的應用［J］.武漢理工大學學報，2009，31（5）：752-754.

［3］周長城，趙雷雷.車輛懸架彈性力學解析計算理論［M］.北京：機械工業(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力及許用厚度計算理論的研究［J］.山東理工大學學報（自然科學版），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〕