浅谈ANSYS仿真在汽车板簧中的应用分析

王凤娟

（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东 淄博 255000）

浅谈ANSYS仿真在汽车板簧中的应用分析

王凤娟

（山东理工大学交通与车辆工程学院，山东 淄博 255000）

ANSYS仿真分析在车辆工程领域得到了广泛应用。介绍了ANSYS有限元软件和汽车弹簧的分类，分析了板簧设计中的几个关键参数，总结了ANSYS仿真在汽车板簧刚度及应力分析中的应用。

车辆工程；钢板弹簧；ANSYS仿真；应用分析

在车辆工程领域，ANSYS仿真分析的应用范围越来越广泛，引起了国内外车辆工程专家学者的高度关注。本文首先介绍了ANSYS有限元软件，其次对汽车钢板弹簧的分类及板簧研究中的几个关键问题进行了分析，最后总结了ANSYS仿真在汽车板簧研究中的应用。

1ANSYS软件简介

ANSYS软件是集结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件，其主要模块分为前处理模块、分析计算模块和后处理模块[1-2]。前处理模块提供了强大的实体建模及网格划分工具，以方便用户构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析、流体动力学分析、电磁场分析等，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示等图形方式显示，也可以图表、曲线形式显示或输出。

2 汽车板簧研究中的关键问题

2.1 汽车板簧的分类

悬架弹簧是车辆悬架系统的重要组成部件之一，对车身质量有支撑作用，影响车辆悬架系统的阻尼匹配、动挠度和静挠度，影响车辆行驶平顺性和安全性。汽车悬架所用的弹性元件有钢板弹簧、螺旋弹簧、扭杆弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧等[3]。其中，钢板弹簧由于结构简单、成本低廉、性能可靠等优点，是汽车悬架中应用最广泛的弹性元件。随着汽车行业的不断发展，基于车辆的行驶安全性和乘坐舒适性，对悬架钢板弹簧的设计提出了更高的要求。少片变截面钢板弹簧具有质量轻、节省材料、片间无摩擦或摩擦小、振动噪声低、等应力设计、使用寿命长等优点，具有良好的经济效益和社会效益，引起了国内外车辆悬架专家、生产企业及车辆制造企业的高度关注[4-5]。

2.2 汽车板簧研究中的关键参数

在汽车钢板弹簧设计研究中，基于刚度要求和应力约束条件，需要确定的参数有满载弧高、板簧长度、宽度、厚度、片数、断面形状、曲面形状及主副簧形式等，确定板簧结构尺寸参数后，对所设计的钢板弹簧进行应力及刚度验证[6]。

3 ANSYS仿真在汽车板簧中的应用

3.1 汽车板簧ANSYS仿真步骤

运用ANSYS Workbench有限元软件对汽车钢板弹簧的变形及各片应力等进行仿真分析，其主要步骤为：①应用静态结构分析模块，创建几何模型并导入几何体；②添加材料库，设置材料属性；③通过设置网格参数，划分网格；④在板簧根部施加固定约束，在板簧端部施加集中力；⑤结果后处理，求解板簧变形及各片板簧应力。

3.2 板簧变形ANSYS仿真

应用ANSYS仿真分析软件对钢板弹簧在端部载荷下的最大变形进行仿真分析，对于车辆前、后悬架系统钢板弹簧的设计至关重要。通过ANSYS仿真分析，可以得到车辆单轮空载、单轮额定满载及1.5倍单轮额定载荷下的板簧变形，进而得到板簧刚度值。通过板簧刚度校核，验证板簧刚度是否满足刚度设计要求值。

3.3 板簧应力ANSYS仿真

应用ANSYS仿真分析软件对车辆在额定载荷、1.5倍额定载荷下的各片板簧应力进行仿真分析，验证各片板簧应力是否满足应力约束条件。不同载荷下的各片板簧应力必须小于板簧许用应力。通过ANSYS应力仿真，可及时调整设计板簧的结构尺寸参数，缩短板簧设计周期，节约板簧试验成本，这对钢板弹簧的设计及优化具有重要意义。

［1］黄志新，刘成柱.ANSYS Workbench 14.0超级学习手册［M］.北京：人民邮电出版社，2013.

［2］郑银环，张仲甫.ANSYS接触分析在钢板弹簧设计中的应用［J］.武汉理工大学学报，2009，31（5）：752-754.

［3］周长城，赵雷雷.车辆悬架弹性力学解析计算理论［M］.北京：机械工业出版社，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，周长城，潘礼军.钢板弹簧重叠部分应力及许用厚度计算理论的研究［J］.山东理工大学学报（自然科学版），2016，30（4）：11-14.

U463.33

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.21.148

2095－6835（2017）21－0148－02

〔编辑：刘晓芳〕