基于ANSYS的汽车悬架螺旋弹簧有限元分析
基于ANSYS的车架有限元分析报告
汽车经过130多年的发展，安全与节能已成为汽车设计的重要容。
在汽车结构中，车架作为整车的基体和主要承载部件，具有支撑连接汽车各零部件和承受来自汽车、外各种载荷的作用，其结构性能直接关系到整车性能的好坏。
本文以某运油车车架为研究对象，运用CATIA软件对车架模型进行简化与建立，利用ANSYS软件对车架模型进行参数定义，网格划分，作用力施加，自由度约束，并对车架进行了弯曲工况、扭转工况、急减速工况、急转弯工况的静态分析，并分析位移与应力图，为汽车安全与节能设计提供了理论支持。
同时对车架也进行了模态分析，得出车架的固有频率与振型，提高整车设计水平，对避免共振与提高乘坐舒适性提供了理论基础。
关键字：车架,有限元，ANSYS, 静态分析，模态分析The automobile which has developed for 130 years, security and energy saving has become the leading content for automobile deign. Among the many complex structures in automobile, the frame of the vehicle is the basic part and the main bearing part. It has the function of connecting all parts of the vehicle together and subjecting various loads from inside and outside the vehicle. The performance of frame structure affects whether the automobile property is good or not.In this paper, the frame of a fuel tanker is studied. We simplify and establish the model of frame by CATIA. The parameter of the frame is defined. The model of frame is meshed by ANSYS. Add the force and freedom of the model of frame by ANSYS. The static analysis of the frame includes the situation of bending, torsion, barking and swerve by ANSYS. According to the figure of displacement and stress, it provide theoretical support for the automobile design of security and energy saving. At the same time, the modal analysis of the frame is also studied. Based on the frame of natural frequency and vibration mode, it provide theoretical basis for avoiding resonance and improving ride comfort and improve the level of vehicle design.Keywords: Frame, Finite element, ANSYS, Static analysis, Modal analysis目录1 绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 研究背景 (1)1.3 有限元法的应用与发展 (2)1.4 选题的目的与意义 (2)1.5 本文的主要研究容 (3)2 基于CATIA与ANSYS的车架有限元建模 (4)2.1 有限元法简介 (4)2.2 CATIA软件简介 (6)2.3 车架几何模型建立 (7)2.3.1车架几何模型简化 (7)2.3.2 车架几何模型建立 (7)2.4 车架有限元模型建立 (10)2.4.1 网格划分前处理 (10)2.4.2 车架有限元网格的划分 (10)3 车架有限元静态分析 (13)3.1 汽车车架刚度理论 (13)3.1.1 汽车车架弯曲刚度 (13)3.1.2 汽车车架扭转刚度 (13)3.2 车架载荷分类与处理 (13)3.2.1 静载荷 (13)3.2.2 动载荷 (14)3.3 车架工况的有限元分析 (14)3.3.1 满载弯曲工况 (14)3.3.2 满载扭转工况 (16)3.3.3 紧急制动工况 (18)3.3.4 紧急转弯工况 (19)4 车架有限元模态分析 (21)4.1 模态分析简介 (21)4.2 模态分析基本理论 (21)4.3 车架的模态分析 (22)4.4 车架模态分析结果评价 (27)结论 (29)致 (31)参考文献 (32)1 绪论1.1 概述最初汽车的发展，通常运用经验判断和试验仿真进行结构分析。
基于ANSYS的汽车车架结构有限元分析
基于ANSYS 的汽车车架结构有限元分析张进国1,程晓辉2,孙敬宜3(1.哈尔滨工业大学汽车工程学院,山东威海 264209; 2.哈尔滨工业大学机电工程学院,哈尔滨 150001;3.烟台职业学院,山东烟台 264000)摘要:利用ANSYS 软件对车架进行有限元分析,以某8t 载货汽车为例,建立了车架结构的几何模型和以体单元s oli d92为基本单元的车架有限元分析计算模型,对该车架在载荷作用下的应力和变形进行了计算,可为车架的结构改进提供依据。
关键词:汽车车架;有限元分析;ANSYS中图分类号:U 463.32 文献标识码:B 文章编号:1006-0006(2006)05-0063-02F i n it e E l e m e n t Ana l y s i s f o r F ram e Ba sed on ANSYSZ HA NG J in 2guo 1,C HE NG X ia o 2hui 2,SU N J ing 2yi3(1.The School of Au t o m o b ile Engineer i ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,W e i hai 264209,Chi na ;2.The School ofM echan ical Eng i nee ri ng ,H arb i n Instit u te of Technolo gy ,H arb i n 150001,Ch i na ;3.Yan tai Vocati onal Coll ege ,Yanta i 264000,Ch i na)Abs tr a c :t The fi n ite ele m ent ana l ysi s i s appli ed to t he fra m e of a 8t truck based on ANS YS .The geo me tr i ca lmode land t he fi n ite e l em ent analysis m o de lw it h t he soli d92ele m ent are bu ilt .Based on t he mode l s ,the stress and defor ma ti on of t he fra m e are calcu lated .It m ay be appli ed for t he i m prove m ent of the fra m e .Ke ywo r ds:F ra m e ;F i n ite e l em ent analysis;ANS YS 汽车作为交通运输工具之一,发挥着非常重要的作用。
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析多股螺旋弹簧是一种常见的弹性元件，广泛应用于机械、汽车、电器等领域中。
以ANSYS为工具，对多股螺旋弹簧进行有限元分析，可以对其设计及优化提供有效的参考与支持。
首先，构建多股螺旋弹簧的三维有限元模型。
根据弹簧的几何参数、材料力学参数和工作条件等信息，选用ANSYS的建模工具进行三维建模，并设定合适的边界条件和荷载条件。
在建立有限元模型时，要注意弹簧的真实形态和装载方式，并合理划分网格，以保证有限元模型的准确性和稳定性。
然后，进行多股螺旋弹簧的静态力学分析。
根据弹簧的工作条件和载荷情况，分别对弹簧的应力、位移、变形等静态特性进行分析和计算。
在分析时，可以通过改变弹簧的材料和结构参数，对其静态特性进行改善和优化。
比如，可以选用高强度材料或改变弹簧的钢丝直径、扭簧半径等参数，以提高弹簧的抗压性能和疲劳寿命等特性。
最后，进行多股螺旋弹簧的动态力学分析。
根据弹簧的工作状态和作用频率，分别对其自由振动频率、谐振响应、阻尼特性等动态特性进行分析和计算。
在分析中，需要考虑弹簧的非线性特性和各种干扰因素，以保证分析结果的准确性和可靠性。
综上所述，基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析，可以全面有效地评估和优化弹簧的静态和动态力学特性，提高其设计和制造质量，为实际工程应用提供有力的支持。
多股螺旋弹簧的有限元分析需要考虑的数据包括弹簧的几何参数、材料力学参数、荷载条件和边界条件等。
几何参数包括螺线圈数、螺旋角、弹簧直径、钢丝直径、螺旋圈高、扭簧半径等。
这些参数直接影响弹簧的力学特性和寿命，对其性能评估和优化具有重要影响。
比如，增加螺线圈数会使弹簧更柔软，但增大直径会使其更硬；增加钢丝直径会增加强度，但也会增加质量和成本。
材料力学参数包括弹簧的材料密度、弹簧系数和屈服强度等。
这些参数反映了弹簧材料的特性，直接影响弹簧的抗拉、抗压能力和疲劳寿命等。
比如，增加屈服强度会使弹簧更耐用，但也会增加制造成本。
汽车后桥悬架中凸形螺旋弹簧有限元分析
Ａ ｉ ｔ ｅ ｅｍ ｅｎｔ ａ ｆｎｉ ｅ ｌ ｎａｌ ｓｉ ｈｅ ｂａ ｒ － ｈａｐｅｄ ｙ ｓ ｏｆ ｔ ｒ ｅｌｓ ｈｅｌｃａｌ ｐｒ ｎｇ ｎ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｏ ｔ ｅａｒ ｓ ｐｅ ｈ ｕｓ ｎｓｉ ｏｎ ｏｆ ｔ ｅ ａｕｔ ｍ ｏｂｉｅ ｈ ｏ ｌ
因 此 ，对 于 中 低 档 轿 车 而 言 ，采 用 这 种 形 式 弹 性 元 件 的 悬 架 必 将 成 为 将 来 轿 车 悬 架 设 计 的 发
展趋势 。
由于 测 量 所 得 的 点 多 而 密 ，并 且 杂乱 无 章 。 如 果 直 接 用 于 弹 簧 的 曲面 建 模 ，会 造 成 点云 数 据
摘
要 ：中凸形螺旋弹簧属于非线性弹簧 ， 采用非线性弹簧作为汽车弹性元件能够改善汽车的行驶性 能。本文以帕 萨特 Ｂ 轿 车的后悬架中凸形螺 旋弹簧为研究 对象 ，通过逆 向工程技术来建立弹 ５ 簧 的实体模型 ，建 立的模型准 确可靠 。在 此模型基础 上用有限元分 析计算 了中凸形螺旋弹簧 的刚度值 ，得到 了各结构参 数对刚度的影 响规律 ，明确 了其刚度特 性。与试验结 果进行的对 比表明 ，对中凸形螺旋弹簧的有限元分析精度较 高 ，对其参数设计具有参考价值。
关键词 ： 中凸形螺旋弹簧 ；逆向工程 ； 限元 ；刚度 有
中图分类号 ：Ｔ Ｉ ８ Ｈ ６ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０—０ ３ （ ０ ０ １ （ 一０ ０—０ ９ １ ４ ２ １ ） 下） １ ２ ４ ０ ０
Ｄｏ ： ． ９ ９ Ｊ ｉｓ １ ０ －０ ４ ２ １ １ （ ） ３ ｉ １ ３ ６ ／ ． ｎ． ０ ９ １ ． ０ 下 ． ３ ０ ｓ ３ ０． ０
１１ 点 云采集 ．
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
有限元分析是一种数值模拟方法，可以将连续体结构离散化为大量的
小单元，并通过求解线性方程组来确定每个单元的位移和应力。
这种方法
可以用于模拟复杂的工程结构和系统，例如汽车悬架系统。
在进行汽车悬架有限元分析时，首先需要对悬架系统进行几何建模。
根据实际情况，可以使用CAD软件绘制悬架系统的几何模型，并将其导入
到ANSYS中。
接下来，需要定义悬架系统的材料属性。
根据实际材料的力学特性和
性能指标，可以为不同的零件指定适当的材料属性。
然后，需要对悬架系统施加边界条件和载荷。
边界条件可以用来限制
模型的自由度，例如固定一些节点或面。
载荷可以是静态载荷（例如汽车
自重），也可以是动态载荷（例如行驶过程中的路面不平），这些载荷将
模拟汽车悬架系统在不同工况下的受力情况。
最后，通过求解有限元模型的线性方程组，可以获得悬架系统在不同
工况下的位移、应力分布等结果。
通过对这些结果的分析，可以评估悬架
系统的刚度、强度和振动特性，并进行必要的优化和改进。
汽车悬架有限元分析可以帮助工程师更好地理解悬架系统的工作原理
和性能特点。
通过这种方法，可以提前评估悬架系统在设计和制造阶段的
性能，并进行必要的改进，从而提高汽车的悬挂舒适性、稳定性和安全性。
总而言之，基于ANSYS的汽车悬架有限元分析是一种有效的工程方法，可以帮助工程师评估和改进汽车悬架系统的性能。
通过这种分析方法，可
以为汽车制造商和设计师提供有关悬架系统的有价值的设计数据，以改进
汽车的悬挂系统。
基于ANSYS的汽车弹簧有限元分析
基于ANSYS的汽车弹簧有限元分析有限元模型建立首先通过外部三维软件建立汽车模型的三维几何模型模型，如下图所示。
通过ansys的几何结构将几何模型导入至ansys中，用于后续的有限元分析如下图所示，几何模型中保留了弹簧的完整结构，同时保留了与弹簧两端配合的部分减震器的假体部分，方便结构的约束和加载。
因为在实际分析过程中，随着压力的增大，弹簧会被压缩，会发生自接触的现象，所以为了更好的表征弹簧的自接触，对弹簧进行了实体建模，同时保留了如弹簧配合安装的减震器部分假体，弹簧表面都是曲面，为了更好的体现结构特征，弹簧采用了四面体网格划分，减震器假体部分采用了六面体网格划分，单元类型选用solid185最终网格数量为32134，节点数量为11500。
有限元模型如下图所示载荷约束模拟真实情况，在下端的减震器假体的下表面施加固定约束，上端的减震器假体的上表面施加载荷，模拟弹簧被压缩的过程。
同时为了防止弹簧受力不均匀被压歪，所以在上端的减震器假体的上表面施加了一定的位移约束，放开表明的轴向位移，约束水平面内的位移，如下所示结果分析弹簧在不同时刻的位移云图，明显可以看出弹簧被不停的压缩。
弹簧每圈之间的间隙逐渐变小，其中第一圈和第二圈最早发生接触。
剪应力计算结果，如下为XY方向剪应力云图，随着弹簧被压缩，剪应力也变大，但是最大发生区域基本没变，都是在弹簧内侧，而且明显要比外侧的应力要大。
这些区域都是应力敏感区域。
结论：通过有限元分析可知，弹簧在压缩过程中，第一圈和第二圈最早接触，弹簧每圈之间的间隙逐渐减小，弹簧的刚度也逐渐变大。
同时弹簧内侧的剪应力明显要大于弹簧外侧，在压缩过程中，剪应力的大小发生了变化，但是最大发生位置并没有太大改变。
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析翟培培(西安石油大学机械工程学院,陕西西安710065)摘 要:采用某麦弗逊悬架参数,建立悬架系统的三维模型㊂利用ANSYS Workbench有限元分析软件对悬架进行了三种工况下的静力学分析,得出悬架的强度和刚度特性,并对悬架有限元模型进行了模态分析,将计算得到的悬架固有频率与汽车受到的其他激励频率进行对比,评价该悬架是否具有避开与车辆其他系统产生共振区域的性能,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础㊂关键词:汽车悬架 有限元分析 模态分析中图分类号:TH164 文献标识码:A 文章编号:1002-6886(2019)02-0061-04Finite element analysis of a vehicle suspension based on ANSYSZHAI PeipeiAbstract:The model of suspension system was established based on the parameters of McPherson.The static analysis of sus⁃pension under three working conditions was carried out using ANSYS Workbench,and the strength and stiffness characteris⁃tics of suspension were obtained.The modal analysis of the suspension model was carried out,and the calculated natural fre⁃quencies of the suspension were compared with excited frequencies of the vehicle to judge whether the suspension will pro⁃duce resonance.It provided a theoretical basis for future suspension design.Keywords:vehicle suspension,finite element analysis,modal analysis0 引言随着人们生活水平的提升,人们在追求汽车所带来的便利之外,还希望获得最大的乘坐舒适感㊂汽车悬架系统作为汽车底盘中的重要组成部分之一,不仅起到了支撑车身的功用,且其性能直接决定了乘坐者的乘坐舒适度和汽车行驶的平稳度,当车辆遇到不平路面时,汽车悬架可以将车轮上所受到的力和力矩转移到车身上,进而达到减弱道路对车辆的冲击,缓解承载结构震动的效果,所以,在车辆运行过程中,汽车悬架自身的性能直接决定了汽车能否正常行驶[1-2]㊂鉴于此,本文主要以某麦弗逊车前悬架系统为原型,利用ANSYS Workbench有限元分析软件对汽车悬架系统进行分析,为今后的悬架设计提供了一定的理论基础[3]㊂1 悬架有限元模型建立1.1 悬架实体模型建立及模型简化本文在建立悬架实体模型时,考虑到选件零件比较复杂,装配比较困难的特征,利用Workbench自带的CAD接口,将模型导入其中㊂在Solidworks建立了悬架系统的弹簧㊁减振器㊁转向节㊁三角臂㊁球销等零件并根据悬架真实的工作环境进行了装配,得到实体模型如图1所示㊂根据模型的简化原则,对悬架作出了如下简化处理:对焊接和螺栓连接部分采用了绑定连接方式,球销与三角臂连接的方式选择Workbench连接关系中的球面副(spherical)㊂由于本次分析主要关心悬架关键零件的强度问题,因此弹簧和减振器不作为分析的主要对象㊂根据某麦弗逊悬架参数,建立了所关心强度变化的模型如图2所示㊂1.2 模型网格划分及材料定义网格划分是有限元求解过程中非常重要的一部分,良好而优质的网格不仅可以提高分析结果的精㊃16㊃图1 悬架三维模型图 图2 悬架简化模型度,同时可以提高分析的速度,减小分析过程出错率[4]㊂经过综合考虑所要分析的悬架结构,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四 图3 悬架网格划分面体实体单元,对着重考虑的区域进行了细化网格的处理,并对连接处的网格进行了修复,计算了网格的数量㊂网格划分后的模型如图3所示㊂装配体模型导入后,需要定义装配体的各个零件的材料,悬架各个零件所使用的材料性能直接影响悬架整体结构的强度和其他性能㊂表1 悬架材料属性表零件材料密度/(kg /mm 3)弹性模量/Pa泊松比转向节45CrMo 7.85E-6 1.78E110.27球销42CrMo7.85E-6 2.1E110.28三角臂SAPH4407.85E-62.07E110.32 不同工况下悬架结构强度分析1)车辆在运动时,受到的来自于不平路面的冲击;2)车辆在刹车过程中,受到的地面的冲击力和车辆本身的惯性力;3)车辆在转弯过程中,受到的来自车身内部与路面的力㊂分别求出上述工况发生时悬架的受力情况,并利用该力作为施加载荷,对悬架进行有限元分析,得出悬架在不同工况下的强度㊂2.1 不平路面工况当车辆行驶在不平路面上时,车轮受到来自地面的垂直载荷而向上跳动,此时的动载系数最大,悬架主要受到垂直于地面向上的力的作用[6]㊂带入车辆相关参数数据,经过计算可以得到车辆在经过不平路面时所受到的最大垂直载荷为11930N㊂利用ADAMS /Car 模块中的准静力学仿真功能,对悬架各点进行力学分析,得到转向节主轴承座处力大小为11869N㊂根据上述分析所得的结果,对悬架系统进行有限元分析,对悬架系统的转向节轴颈施加载荷,图4为悬架系统约束和加载情况㊂图4 不平路面工况下 图5 不平路面工况下 约束和加载 应力云图悬架在粗糙路面的应力分布云图如图5所示,应力最大值为139.39MPa,该值出现在转向节与减振器连接处以及下球销的轴颈处,其主要原因是由于汽车在通过不平路面时,受到来自于垂直路面方向的力,这使得下球销处受到了较大的垂直载荷作用,在此载荷作用下,三角臂绕球销转动,因此三角臂应力较小㊂图6 不平路面工况下 图7 制动工况下约束 位移云图 和加载图6是悬架系统在不平路面情况下的变形图,从图中可以看出,最大变形出现在转向节主轴承座处以及球销与三角臂连接处,这是因为三角臂两轴套处以圆柱副固定,汽车通过不平路面受到了垂直于地面的载荷的作用,三角臂绕穿过两轴套处的中心轴转动,因此使得上述两处出现较大的变形量㊂2.2 制动工况除了汽车在行驶过程中遇到的不平路面的工㊃26㊃况,制动工况也是不可避免的㊂这种工况较上一种工况略微复杂,因为车轮轮毅安装在轴承上,所以汽车在制动工况下转向节的中心受力处不会受到扭矩作用,汽车在刹车过程中只受到来自地面的垂直载荷Z ′max ,经过计算可得车轮的垂直载荷Z ′max 为6681N,制动载荷X ′max 为5345N㊂将所得数据输入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,得到的转向节主轴承座处受力为Z ′max 为6620N,X ′max 为5965N㊂在制动工况下对悬架系统进行有限元分析时如图7所示㊂悬架在制动工况下的应力分布云图如图8所示,该工况下最大应力值291.05MPa,应力主要集中在转向节与减振器连接处的下螺栓孔处和球销轴颈处,及球销处㊂悬架在制动工况下的变形图如图9所示,最大变形发生在转向节与制动盘连接螺栓孔的下方以及转向节与球销连接处,与实际情况相符㊂图8 制动工况下应力 图9 制动工况下位移云图 分布云图2.3 转向工况转向工况相对复杂,既要保持车身转弯时的平衡性能及各零件的正常运行,又要达到合理的转弯目的㊂因此使得汽车不仅受到来自于地面的力,还受到转弯过程引起的各种力,当汽车转弯时,受到指向转弯中心的向心力,该向心力是由静摩擦力充当的㊂经计算得,垂直载荷为4772N,最大横向载荷为3818N㊂将该数据代入到ADAMS /Car 模块中进行准静力学仿真,可以求出关键点在仿真过程中的受力情况,求得转向节轴承座处载荷Z ″max 为4712N,Y ″max 为3787N㊂根据悬架实际工作情况,在对其进行转向工况下有限元分析时,其应力云图如图10所示㊂由图10看出在转向工况下,最大应力值为251.1MPa,出现最大应力的位置为转向节主轴承座止口处以及转向节与减振器连接臂下端,这是由于在转向工况下,悬架主要承受来自于横向的力,该横向力在悬架纵向平面内形成力矩㊂图10 转向工况下应力 图11 转向工况下位移云图 分布云图转向工况下的变形图如图11所示,最大变形发生在转向节与横拉杆连接处以及转向节与球销连接处,因为在该种工况下,转向节节臂由于横向力的作用而受到较大力矩㊂3 悬架模态分析3.1 模态分析的目的汽车在运动过程中,悬架承受着来自于地面的冲击载荷以及车身内部其他零件相互作用的载荷,大多数的载荷是动载荷,使悬架受到了冲击作用和振动作用㊂模态分析是动力学分析的基础,模态分析不仅可以确定悬架结构的固有频率,防止共振的产生,而且还能确定悬架在各类动载作用下的振动特性和振动规律[7-8]㊂3.2 模态分析及结论在模态分析中,结构的动力影响主要来自低阶振型,因此,结构的动态特性主要通过低阶振型判定,本文选取低阶模态进行计算求解㊂选取悬架整体㊁转向节㊁三角臂分别进行前6阶的模态计算㊂在模态分析中,固定方式为约束转向节和减振器接触处的6个自由度,在三角臂与副车架相连的两个位置选择圆柱副固定,即释放切向旋转自由度,固定其他所有自由度㊂网格划分如同前1.2节所述,规则形状零件采用六面体实体单元,不规则平面采用正四面体实体单元,关键部位合理细化㊂经过分析求解悬架前6节固有频率如表2㊂为了更加直观的观察到模态的变化规律,方便与模态振型云图对比,绘制了前6阶固有频率可以绘制模态分布图,以横坐标为阶数,纵坐标为频率,如图12㊂㊃36㊃表2 悬架前6阶模态表阶 数频率/Hz 1271.992443.643515.234630.325700.336742.33图12 模态分布图不同阶数的模态都对应着不同的振型,通过观察振型可以找到悬架整体最大位移处,即最容易破坏的位置㊂列出1~6阶振型云图如图13-18所示㊂图13 悬架1阶模态振型云图 图14 悬架2阶模态振型云图图15 悬架3阶模态振型云图 图16 悬架4阶模态振型云图图17 悬架5阶模态振型云图 图18 悬架6阶模态振型云图通过模态振型云图可以看出各阶频率下悬架容易发生的共振的位置,高频阶段振动主要发生在三角臂处,低频阶段振动主要发生在转向节节臂,悬架的固有频率在271.99Hz 至742.33Hz 变化,将该频率与车辆在行驶过程中受到的来自于路面㊁发动机及其他因素引起的激励的频率进行对比,其中,高速公路和较好路面激励在5Hz 以下,发动机激振在100Hz 以下,其他条件的激励也维持在100Hz 以下[9],因此该悬架可以避免汽车在行驶中与汽车产生共振,设计较为合理㊂4 结论本文对悬架系统在不平路面工况㊁制动工况以及转向工况下,分别分析了静力学特性,得出了悬架在三种工况下的应力和位移云图,结合实际分析了悬架的强度和刚度特性㊂同时还对悬架系统进行了模态分析,得出了前6阶的固有频率,通过与汽车受到的其他激励频率相比,确定了该悬架系统不会与汽车发生共振现象㊂参考文献[1] 梁新成,黄志刚,朱亭.汽车悬架的发展现状和展望[J ].北京工商大学学报,2006,24(2):30-33.[2] 黄李丽.某型汽车悬架系统性能分析与研究[D 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基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析
５１ ・
基于 Ａ Ｓ Ｓ的 多股螺旋弹簧有 限元分析 ＮＹ
张晓 峰 雷松 ，
（． １重庆广播 电视 大学 ， 重庆 ４０５ ；． ００２ ２ 重庆大学 机械 工程 学院， 重庆 ４ ０４ ） ０ ０４
摘要： 简单分析 多 螺旋弹簧的基本特性 。以三股钢丝 的多股 螺旋 弹簧为例 ， 过有限 单元 与接 触单 元的选取 和 网格 的 股 通 划分， 立 多 螺旋弹簧有 限元模 型。然后对其进行静 态受力分析 和动 态分析计 算 ， 析冲 击载荷质 量和速度 对 多股螺 建 股 分 旋 弹簧性能 的影响 。结果表明 多股螺旋弹簧在动态 系统 中具有 内 振动 波 ， 可能在 中间产 生并圈现 象 ， 多股 螺旋弹 部 并 为
ＺＨＡＮＧ ａ ｆ ｎ ＬＥＩＳｏ Ｘｉｏ ｅ ｇ， ｎｇ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｔｉ ｉ ｌ ｎ ｌｚ ｄ ｆ ｒｔｅ ｂ ｓｃ ｃ ａ ａ ｔ ｒ ｔｃ ｆｓｒ ｎ ｅ ｒ ｅｉ ａ Ｉ ｓ ｒ ｃ ：Ｉ ｓｓｍｐ ｙ ａ ａｙ ｅ ｏ ｈ ａ ｉ ｈ ｒ ｃｅ ｉ ｉｓ ｏ ａ ｄ ｄ ｗ ｅ ｈ ｌ ｌ ｓ ．Ａｓ ａ ｘ ｍｐ ｅ ｏ ｈ ｅ ｔａ ｄ ｄ ｗｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｎ ｅ ａ ｌ ｆｔ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｒ ｒ ｅ
Ｋｅ ｒ ｓ ｓ ａ ｄ ｄ ｗ ｒ ｅｉ ａ ｐ ｎ ｓ ｆ ｉｅ ｅｅ ｎ ； ｔｔ ； ｙ ａ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ：ｔ ｎ ｅ ｉ ｈ ｌ ｌ ｓ ｒ ｇ ； ｎ ｔ ｌｍｅ ｔｓａ ｉ ｄ ｎ ｍｉ ｒ ｅ ｃ ｉ ｉ ｃ
０ 前言
多股螺旋弹簧是 由几股钢丝拧成钢索 （ 通常 由 ２— ７ 股 ０４ｉｎ～ ３ 的碳素弹簧钢丝缠绕而成） ． ｎ ３ｎ ３ ｌ ｎ 缠绕而成的
簧、 口径 自动武器 （ 大 自动火炮等 ） 的复进弹簧等领域都 具有重要的应用价值 ， 成为其 中的关键零件。 目前 ， 关于多股螺旋 弹簧三维 实体模 型的建模方法 有 了一定深度的研究 同时对多股螺旋弹簧加工 的数 “， 控机床也有一定的研究 。但是对多股螺旋 弹簧进行精
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析
基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析汽车悬架是指支撑汽车车身的一种系统，它起到承载和减震作用，对汽车的行驶稳定性和乘坐舒适度起着重要作用。
在汽车研发过程中，通过有限元分析方法对汽车悬架进行仿真分析，能够快速准确地评估悬架性能，并优化设计。
ANSYS是一种广泛应用于工程仿真和数值分析的软件工具，它提供了强大的有限元分析功能，可以模拟复杂的物理行为，如固体力学、振动和热传导等。
下面将介绍基于ANSYS的汽车悬架有限元分析流程。
首先，在进行悬架有限元分析之前，需要对悬架进行几何建模。
通过使用CAD软件，将悬架的各个组件绘制成三维模型，包括悬挂臂、悬挂弹簧、减振器等。
在建模过程中需要考虑几何形状、材料属性和实际装配等因素。
完成几何建模后，将模型导入ANSYS软件中，进行网格划分。
网格划分是指将复杂的几何形状划分成多个小单元，以便进行数值计算。
在悬架有限元分析中，常用的网格划分方法包括四面体网格、六面体网格和八面体网格。
合理的网格划分能够提高模型的计算精度和计算效率。
完成网格划分后，需要定义边界条件。
边界条件是指对模型中特定边界或节点施加限制或荷载。
在悬架有限元分析中，常见的边界条件包括固定支撑、加载力和加载位移等。
通过合理定义边界条件，可以模拟悬架在实际工作条件下的响应。
在定义边界条件后，进行材料属性的定义。
悬架的各个组件通常由不同材料制成，如悬挂臂由铝合金制成，减振器由弹簧钢制成。
材料属性包括材料的弹性模量、泊松比和密度等。
通过合理定义材料属性，可以计算出模型在力的作用下的应力和应变分布。
完成模型的几何建模、网格划分、边界条件和材料属性的定义后，进行悬架系统的有限元分析。
有限元分析是指将复杂的物理问题转化为离散的有限个小单元，通过求解各个单元的位移和应力分布，获得整个系统的响应。
在悬架有限元分析中，可以获取各个组件的应力、应变、位移和反应力等信息。
有限元分析的结果可以用于评估悬架系统的性能，并进行设计优化。
基于ANSYS的悬架弹簧快速开发
通过 ANSYS 弹簧建模，并分析确认弹簧设计可行以后， 利用此三维数据制造了热卷工序所需靠模。经试制以后，弹簧 实测刚度曲线如图 11 所示。从图中可以看出，实测刚度曲线 和理论计算曲线基本吻合，弹簧刚度分别在 370 mm 和 220 mm 附近产生了突变。在刚度测试范围内测得的刚度也符合图 纸要求。图 12 显示了弹簧在压缩至高度 H3 时，弹簧的直线性 依然非常好，完全满足图纸要求。
382.84 N/mm。而弹簧压缩至刚度测试的起始高度 H1=320 mm
时的力值
F1=(H5- H1)×K+F=(294.4- 320)×36.8+4 288=3 345.92（N）
所以自由状态下弹簧 360°至 0°处，高度差 L360 必须小于
F1/K1+d = 24.74 mm，也即对于成品弹簧来说，弹簧开口尺寸
分布均匀的原则初步确定，然后将弹簧的关键点输入 ANSYS 模 型 中 ， 进 行 进 一 步 分 析 。 此 处 采 用 ANSYS 的 梁 单 元 BEAM188 划分网格。在弹簧的压缩过程中，弹簧端圈会和弹 簧的上下压缩座逐渐接触，而压缩到一定高度时，弹簧第二圈 可能会和第一圈发生接触，因此需要在此处添加两个约束，即 弹簧端圈(0°~360°)和测力座之间，弹簧第二圈(360°~ 720°)至 第一圈(0°~360°)之间增加接触单元 CONTAC52。计算时取材 料的弹性模量 E 为 203.48 GPa，泊松比 0.3。
基于ANSYS的车架有限元分析报告
基于ANSYS的车架有限元分析报告一、引言车架是汽车的重要组成部分之一，它承载着车身、引擎等重要部件，并且需要具备良好的强度和刚度特性。
为了确保车架设计的合理性和安全性，有限元分析方法被广泛应用于车架的设计和优化过程中。
本报告通过使用ANSYS软件对车型的车架进行有限元分析，旨在揭示其结构的力学性能，并提出相应的优化建议。
二、建模与网格划分首先，根据实际情况对车架进行几何建模，包括车架材料的选择、主要结构的划分等。
然后，采用ANSYS软件对车架进行网格划分，以保证有限元分析的准确性和计算效率。
在划分网格时，应根据不同结构部位的重要程度和应力集中程度进行细致划分，以获得较为准确的应力分布。
三、材料属性设置车架材料的力学性能参数对有限元分析结果具有重要影响。
在本次分析中，我们选取了一种常用的高强度钢材料作为车架的材料，并设置相应的材料属性。
这些属性包括弹性模量、泊松比、密度等参数。
要注意的是，这些参数需要结合实际情况和材料测试数据进行设置，以确保分析结果的准确性。
四、约束条件设置在有限元分析中，约束条件的设置对于分析结果的准确性至关重要。
在车架分析中，我们通常可以假设一些约束条件，比如悬挂点的约束、底盘支撑点的固定等。
这些约束条件可以对车架进行限制，并模拟实际使用中的约束情况。
五、载荷设置在有限元分析中，合理地设置载荷条件对于车架分析的准确性和可靠性也非常重要。
可以根据实际情况对不同工况下的载荷进行设置，比如车辆加速、制动、转弯等。
这些载荷会对车架产生不同的应力和变形，从而可以评估车架在不同工况下的强度和刚度特性。
六、分析结果与讨论通过ANSYS的有限元分析，我们可以获得车架在不同工况下的应力分布、变形情况等。
根据实际情况，可以评估车架结构的强度和刚度，并分析其受力情况和问题所在。
在本次分析中，我们得出了车架各个关键部位的最大应力和变形情况，并进一步进行了分析和讨论。
根据分析结果，我们可以找出车架结构中的问题，并提出相应的优化建议，比如增加固定支撑处的材料厚度、调整关键连接点的设计等。
ansys弹簧建模有限元分析
{a）Un哎血nwS （t＞） Oefcxni«lET,1,COMBIN14,,,2 ! UX AND UY DOF ELEMENT（单元类型）ET,3,COMBIN40,,,,,,2 ! ALL MASS IS AT NODE J, UX DOF ELEMENTET,4,COMBIN40,,,2,,,2 ! ALL MASS IS AT NODE J, UY DOF ELEMENTR,1,1 ! SPRING STIFFNESS = 1 （冈H度）R,2,8 ! SPRING STIFFNESS = 8/COM USE COMBIN40 MASS, K, AND DAMPING C, TO APPROX. CRITICAL DAMPING R,3,,1.41,1 ! C = 1.41, M = 1 （实常数）R,4,,2,1 ! C = 2, M = 1N,1 （创建节点）N,2,,10N,3,,20N,4,-1,10N,5,,9LOCAL,11,0,0,0,0,45 （设置局不坐标）NROTAT,2 （移动工作坐标系）！ ROTATE NODE SO LOAD CANBE DIRECTLY APPLIEDE,1,2 （连接1,2单元被赋予实常数）！ ELEMENT 1 ISSPRING ELEMENT WITH STIFFNESS 1REAL,2E,2,3 （连接2,3并且赋值）ELEMENT WITH STIFFNESS 8 TYPE,3 （单元 3）REAL,3 （实常数3）E,4,2 （连接 4,2 并且赋值） ！ ELEMENT IS COMBINATION ELEMENT WITH C = 1.41TYPE,4REAL,4E,5,2 ! ELEMENT 4 IS COMBINATION ELEMENT WITH C =2NSEL,U,NODE,,2（无效果）D,ALL,ALL （在 node 定义自由度 出约束定义节点自由度约束 ） NSEL,ALL FINISH /SOLU! FULL TRANSIENT DYNAMIC ANALYSIS! LARGE DEFLECTION ! STEP BOUNDARY CONDITION ! FORCES IN ROTATEDODACOORDINATSYSTEM ! ARBITRARY TIME FOR SLOW DYNAMICS ! USE ITERATION WHEN TIME = 15ETABLE,SENE,SENE ! STORE STRAIN ENERGYSSUM ! SUM ALL ACTIVE ENTRIES IN ELEMENT STRESS TABLE *GET,ST_EN,SSUM,,ITEM,SENEPRNSOL,U,COMP ! PRINT DISPLACEMENTS IN GLOBAL COORDINATE SYSTEM*GET,DEF_X,NODE,2,U,X*GET,DEF_Y,NODE,2,U,Y*DIM,LABEL,CHAR,3,2*DIM,VALUE,,3,3LABEL （1,1） = 'STRAIN E','DEF_X （C','DEF_Y （C'LABEL （1,2） = ', N-cm ','m ） ','m ）'*VFILL,VALUE （1,1）,DATA,24.01,8.631,4.533*VFILL,VALUE(1,2),DATA,ST_EN ,DEF_X,DEF_Y*VFILL,VALUE(1,3),DATA,ABS(ST_EN/24.01), ABS(8.631/DEF_X), ABS(DEF_Y/4.533 ) ! ELEMENT 2 IS SPRINGANTYPE,TRANS NLGEOM,ONKBC,1F,2,FX,7.071068AUTOTS,ONNSUBST,20OUTPR,,20OUTPR,VENG,20TIME,15 SOLVEFINISH/POST1SET,,,,,15/COM/OUT,vm9,vrt/COM, ------------------ VM9 RESULTS COMPARISON --------------------/COM,/COM, | TARGET | ANSYS | RATIO/COM,*VWRITE,LABEL(1,1),LABEL(1,2),VALUE(1,1),VALUE(1,2),VALUE(1,3) (1X,A8,A8,' ',F10.3,' ',F10.3,' ',1F5.3)/COM, ---------------------------------------------------------------/OUTFINISH*LIST,vm9,vrt。
F1赛车悬架螺旋弹簧基于ANSYS Workbench的静力学分析
F1 赛车悬架螺旋弹簧基于 ANSYSWorkbench 的静力学分析一、摘要：有限元法作为计算机辅助工程的主要手段之一，在汽车产品数字化开发过程中取得了广泛应用。
在对整车结构进行力学性能分析过程中，悬架系统的建模和模拟十分关键。
汽车悬架式变化较多，包含转动、滑动等多种运动关系。
二、研究对象针对上面我们建模的麦弗逊悬架和双横臂悬架，我们来进workbench静力学分析。
麦弗逊式独立悬架是车轮沿摆动的主销轴线移动的悬架，筒式减振器的上端用螺栓和橡胶垫圈与车身连接，减振器缸筒下端固定在转向节上，转向节通过球铰链与横摆臂连接。
车轮所受的侧向力通过转向节大部分由横摆臂承受，其余部分由减振器承受。
螺旋弹簧套在筒式减振器的外面，主销的轴线为上下铰链中心的连线。
当车轮相对车身上下跳动时，因减振器的下支点随横摆臂摆动而作圆弧运动，故主销轴线的内倾角是变化的。
双横臂式独立悬架按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。
等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。
对于不等长双横臂式悬架，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。
1.零件有限元建模对于以上两个模型，由我们小组的董韬负责建立完成，我将他构建的CATIA 模型进行格式的转换，导入workbench中进行分析。
1.有限元划分网格及加载和后处理4.1两种模型弹簧的静力学分析4.1.1麦弗逊式独立悬架弹簧的静力学分析4.1.1.1网格划分网格划分是有限元前处理中的主要工作，也是整个有限元分析的关键工作。
网格划分的质量对计算结果产生相当大的影响。
下面说明网格划分的一般过程。
首先，选择网格划分的方法。
ANSYS 软件提供了三种基本的网格划分方法:映射网格划分，自由网格划分，以及混合网格划分方法。
轿车悬架弹簧有限元分析
轿车悬架弹簧有限元分析作者：鲁言辉来源：《好日子（下旬）》2018年第03期摘要：本文通过大型有限元分析软件ANSYS对悬架螺旋弹簧进行全面的有限元分析。
利用ANSYS Workbench的静力分析分析悬架弹簧在最危险状况下的应力分布状态以及螺旋弹簧各个部分的变形情况；通过有限元疲劳分析的到悬架弹簧的最大损伤的位置。
经过以上分析，不但确定了悬架弹簧刚度和强度的合理性，同时也能得到螺旋弹簧在整个受力过程中的受力变形情况及最大损伤出现的位置，为以后对螺旋弹簧的优化设计及研究分析提出可行性建议及依据。
关键词：悬架弹簧；有限元分析；应力引言近年来，我国的私家車越来越多。
为保证轿车行驶的性能，悬架弹簧的作用显得尤为重要。
目前，轿车悬架螺旋弹簧应用较为广泛。
而螺旋弹簧分为圆柱螺旋弹簧及锥截面螺旋弹簧。
锥截面螺旋弹簧的圆锥角越大，弹簧的刚度变化越大，自振频率的变化越高，对于消除和缓冲共振越有利。
但是锥角越大，材料的利用率越低，达到一定程度，弹簧甚至会发生自锁而不能回弹。
因此，圆柱螺旋弹簧以其结构简单、本身质量小、纵向安装空间不大、无需润滑等优点被轿车广泛应用。
本文选择轿车悬架圆柱螺旋弹簧进行有限元分析。
轿车悬架弹簧作为汽车底盘悬架的关键零件之一，它与轿车行驶的安全性、乘坐的舒适性和车体对复杂路面的适应性密切相关，良好的汽车悬架弹簧是保障汽车运行性能的关键因素之一。
准确的预测了解悬架弹簧的寿命和损伤对弹簧的应用具有重大意义。
1、悬架螺旋弹簧三维模型的建立本文以马自达轿车的悬架螺旋弹簧为研究分析对象，其弹簧外径D1=115.5mm，弹簧内径D2=83.5mm，自有高度H0=320mm，标准编号A01-34-001，钢丝直径16mm，节距t=15mm，旋向为右旋，螺旋角tanα=t/πd。
过Creo三维造型保存副本另存为**.stp格式。
打开ANSYS Workbench中的DM平台，将**.stp文件导入即可。
2、悬架螺旋弹簧有限元模型的网格划分有限元模型网格划分的质量与计算精度有着密切关联。
基于ANSYS的东风货车车架仿真和有限元分析
基于ANSYS的东风货车车架仿真和有限元分析摘要：货车车架是车子的关键受力部分，货车上受到的来自内部和外界的各种载荷最后都要传递给货车车架，所以车架结构强度的大小是货车整体设计的关键因素之一。
在汽车设计中，有限元分析法可以对汽车进行动态性能、静态性能和车架结构分析，从而，对车身结构优化，提高整车性能、缩短设计时间。
有限元软件ANSYS具有独一无二的分析优化功能和良好的可靠性，在结构动力分析、静力分析和优化设计方面具有出色的表现。
本文以东风货车为研究对象，运用Pro／E和ANSYS软件，先创建货车车架的三维实体建模型，在对其动态分析、静态分析及模态分析研究。
以实体为基础进行建立他的简单尺寸来优化，以车架的截面面积作为参数，把他最小的体积作为其最终结果。
简单介绍Pro/E三维建模的简化技巧和ANSYS结构优化设计时的基本思想和方法。
通过对东风货车车架结构的有限元仿真和有限元分析，积累许多宝贵的经验，得到一些重要数据，在以后货车车架的设计优化中有借鉴和指导作用。
关键词：东风货车车架；ANSYS；Pro/E；静态分析；动态分析；模态分析Dongfeng truck frame based on ANSYS simulation and finite element analysisAbstract：Truck frame is the car key part of the force, van from internal and external load, the last to be passed on to the truck frame, so the size of frame structure strength is one of the key factors of the overall design of the truck. In the automobile design, the finite element analysis method can be used to analyze the dynamic performance, static performance and frame structure of the vehicle, so as to improve the performance of the vehicle and shorten the design time. Finite element software ANSYS has a unique analysis optimization function and good reliability, and has excellent performance in structural dynamic analysis, static analysis and optimization design.In this paper, Dongfeng truck as the research object, the use of Pro / E and ANSYS software, to create a three-dimensional model of the truckframe, the dynamic analysis, static analysis and modal analysis. Optimization structure based on the entity unit model to create the frame size is simple constraints, with the frame of the longitudinal cross section area size as a design parameter, the frame structure of the total volume minimization as optimization the final result. The simplified technique of Pro/E 3D modeling and the basic idea and method of ANSYS structure optimization are introduced in this paper. Through the finite element simulation and finite element analysis of the frame structure of the Dongfeng truck, accumulated many valuable experiences, and get some important data, which have reference and guidance in the design optimization of the truck frame.Key words：Dongfeng truck frame;ANSYS; Pro/E; Static analysis; Dynamic analysis; The modal analysis基于ANSYS的东风货车车架仿真和有限元分析1 引言1.1 课题的目的和意义当代汽车工业中，有限元分析法在已经普遍应用在车辆骨架的研发里面。
基于ANSYS的钢板弹簧有限元分析
钢 板 弹簧 具有 结 构简 单 ，制 造 、维 修 方便 ， 除 了作 为弹 性元 件 外 ， 可兼起 导 向和 传递 侧 向、 还 纵 向力 和力 矩 的作 用 ，其 片 间 的接触 、摩擦 在 弹 簧振 动 时还 将起 到 阻 尼 的作用 ，是 重要 的 高负 荷 安全 部件 ，所 以 目前 仍被 广 泛采 用 。 钢 板弹 簧的几 何形状 十分 简单 ， 但在 工作过 程 中存在 大变 形（ 何非 线性）各 叶片 间 的接触 （ 态 几 、 状
计算机技术 应用
《 电技术 》２ １ 机 ０ ０年第 ４期
基 于 Ａ ＹＳ的钢板 弹簧有 限元分析 ＮＳ
徐 建全 林佳峰 陈铭年
（ 建农 林 大 学 机 电工 程 学 院 ，福 建 福 州 ３ ０ ０ ） 福 ５ ０ ２
摘
要 ：采用 Ａ ＤＬ参数化有 限元 分析技术 ，对某轻型越野汽 车的后悬架钢板弹簧进行参数化建模 。应用 ＡＮＳ Ｐ ＹＳ
图 １ 钢板弹簧 的有限元几何模型
荷法。 前者假 设板簧 受载 后各簧 片在 同一截 面上 都
具有相 同的 曲率 ， 后者假 设板簧 各片仅 在端 部相互 接 触 。但这 两种 假设 都 与实 际不完 全 相符 ， 因此计 算 结果和 实际相 差较大 【 】 ２ 。本 文应用ＡＮＳ 有 限 ， ３ ＹＳ 元 软件 对钢 板弹 簧进 行有 限元 分析 ，应用 点一 面接 触 单元划 分板簧 片之 间可 能的接触 面 ， 对板簧 两端 的卷 耳 、中心 螺栓和ｕ型 螺栓 的约束做 了合 理 的模 拟 ，尽 可能 的按 照实 际受载 情况对 钢板弹 簧加 载 ， 计算 的 结果与实 际 的更 加接 近 。
软件 的非线性模 块，考 虑钢板弹簧实 际工 作过程 中的大变形 、片 问接触和摩擦 等多种非线性因素，建立 了钢板弹簧 的有 限元模型 ，得 到了钢板弹簧在不 同载荷作用 下的变形和应力分布 。 关键词 ：钢板 弹簧；有限元分析 ；Ａ ＹＳ ＮＳ ；接触单元
基于ANSYS的汽车悬架螺旋弹簧限元分析
基于ANSYS的汽车悬架螺旋弹簧限元分析
杨峰
【期刊名称】《机械》
【年(卷),期】2011(038)007
【摘要】为了准确的测定汽车悬架螺旋弹簧的应力分布情况,采用有限元分析软件ANSYS,对某型号汽车悬架螺旋弹簧进行了CAE分析.分析结果显示,汽车悬架螺旋弹簧内侧剪切应力均大于外侧剪切应力；随着汽车悬架螺旋弹簧所承受载荷的变化,剪切应力最大值出现的位置会发生变化；而且在不同载荷作用下,剪切应力最大值均出现在汽车悬架螺旋弹簧底端开始向上0.5圈倍数附近.这种分析方法直观快速的反映出了剪切应力的分布情况,最大剪切应力值及其出现的位置,为后续优化设计汽车悬架螺旋弹簧提供了方便、直观、可靠的参考数据.
【总页数】4页(P23-25,30)
【作者】杨峰
【作者单位】电子科技大学成都学院,四川成都611731
【正文语种】中文
【中图分类】O242.21
【相关文献】
1.基于ANSYS的汽车悬架控制臂有限元分析 [J], 张海波;张瑞军;常影
2.基于子模型技术的螺旋弹簧应力分布的有限元分析 [J], 范俊;米彩盈
3.基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析 [J], 张晓峰;雷松
4.联合应用ANSYS和MARC软件对非线性螺旋弹簧的有限元分析 [J], 房栋;姜燕
5.基于ANSYS的某汽车悬架有限元分析 [J], 翟培培
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基于ANSYS的车辆螺旋弹簧运用检修
图1摇枕弹簧实体模型图2摇枕弹簧有限元模型图3有限元应力云图图4有限元等效应变云图
经有限元计算，得到应力云图（图3）与等效应变云图图4）如下。
由图3可以看出，弹簧的最大应力出现在工作圈第一圈内侧，最大应力值为1366.7MPa，这一结果与弹簧实际容易出现断裂的结果相符。
根据图4所示，弹簧的最大等效应变同样出现在工作圈第一圈附近，弹簧外侧应变大于弹簧内侧。
经过有限元的建模分析，得出了弹簧最大的应力位置在工作圈第一圈，这一结果与弹簧实际在运行出现故障的位置一样，根据现场的检修经验，弹簧易出现裂纹的位置也是在上下支撑圈附近。
所以有限元的结果与现场检修得出的结果相近。
3结论
有限元技术、虚拟样机仿真技术已十分成熟，广泛应用于铁路领域，但目前更多的是将分析结果用于生产制造过程中，且CAE分析等工作岗位也更多地存在于设计、制造等单位，但未与现场运用检修结合起来，许多专家学者。
汽车悬架弹簧的有限元分析Stress analysis of a cylindrically hel
汽车悬架弹簧的有限元分析Stress analysis of a cylindricallyhelical spring摘要：为了对汽车悬架弹簧有更深入的学习与研究，测定其工况下应力分布情况，采用了运用Solidworks建模再用有限元分析软件ANSYS仿真悬架螺旋弹簧的设计过程.分析结果显示汽车悬架螺旋弹簧的内侧剪切应力均大于外侧剪切应力；随着汽车悬架螺旋弹簧所承受载荷的变化，剪切应力最大值出现的位置会发生相应的变化。
有限元分析直观的反映了剪切应力发生的变化规律与分布情况，为后续的设计优化提供直观的数据与可靠、方便的参考依据。
关键词：汽车悬架；螺旋弹簧；有限元分析悬架弹簧通常在汽车行驶过程中，承受高频率的往复压缩运动，起着缓冲和减震作用，其质量好坏，对车辆平稳性、安全性起着至关重要的作用。
设计一个悬架弹簧需要根据材料力学和机械设计，应用弹簧的应力和变形的计算得出，若无相关实验、实践数据很难设计和制造出高精度的汽车悬架弹簧。
又由于汽车悬架弹簧剪切应力高低值直接影响弹簧的结构设计、安装方法、材料选择以及加工工艺[2],而有限元仿真为汽车悬架弹簧的快速设计提供了准确高效的设计模式,能够详细预测悬架螺旋弹簧应力对疲劳寿命和永久变形的影响，能准确反映材料对汽车悬架螺旋弹簧疲劳寿命和永久变形的关系。
本文通过有限元分析软件ANSYS 对悬架弹簧进行分析，进行相应的设计过程。
1.悬架弹簧的设计汽车悬架螺旋弹簧设计方法是基于常规理论力学，将螺旋弹簧过度部分的扭转变形转换成等效长度直杆的扭转变形，采用直杆受到扭矩而扭转变形来设计计算。
本次采用汽车常用的圆形截面螺旋弹簧设计。
假设：空车满载为2吨(t)、最小载荷=0.8×2000×10=16kN。
设计参数初设如下表1-1所示：表1-1 螺旋弹簧设计参数初设初算弹簧刚度：1-1工作极限载荷：（Ⅲ类弹簧） 1-2材料直径：1-3式中：K—曲度系数，K=1.253C—旋绕比，C=6τp—弹簧材料许用应力，τp=740MPa得： 1-4由于簧丝直径d按常规结构尺寸要求选定，优先选用第一系列尺寸，d=30mm弹簧中径D： 1-5查表得工作极限Pj=34788N极限下单簧圈变形量fj=25.69单圈刚度Pd’=1354工作圈数n： 1-6由于，取n为0.5的倍数或整数，n=7总圈数弹簧刚度P’： 1-7极限变形量Fj： 1-8节距t： 1-9自由高度H0： 1-10外径D2： 1-11内径D1： 1-12螺旋角α： 1-13检验：最小载荷高度H1： 1-14最大载荷高度Hn： 1-15极限载荷高度Hj： 1-16工作区范围： 1-17高径比，不必进行稳定性检验展开长度L: 1-18技术要求：1.旋向：右旋2.有效圈n=7、总圈数n1=93.展开长度L=5113.93mm4.未注精度要求按GB1239.2-2级5.弹簧做消应力回火处理图1-1为弹簧工作示意图图1-1 圆柱螺旋弹簧工作图2.悬架弹簧三维模型的建立在汽车悬架系统中，螺旋弹簧的上端安装在车身的弹簧座内，下端安装在固定于后桥壳体的弹簧座内，只能承受轴向力的作用，以减缓因路面不平顺，后桥对车身造成的冲击，对车身起支撑作用[3]。
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体 传动控制 ，２ ０ ，５（ ０６ ３）：４ —６ ４４ 【１１ ． １ －． 体的 ＣＡＤ及 其有限元分析 ［ ．山 东 ： ２￣１ Ｑ４ Ｆ １６ 影 Ｄ】
于球面法向移动 ， 而后平面两端弯曲与球面接
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｈ ｔｅ ｓｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆａｖ ｈｃ ｅｓ ｓ ｅ ｉｎｈ ｌｃ ｌ ｐ ｉｇ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄｂ ｓ ｄｏ ｔａｔ ｅｓｒ ｓ ｉｔｉｕ ｉ ｎｏ ｅ ｉｌ ｕ ｐ ｎｓｏ ｅ ｉａ ｒｎ ａ ａｙ ｅ ａ ｅ ｎＡＮ Ｓ Ｆ ｓ ｆｗ ａｅ ｓ ｓ Ｙ Ｅ ｏ ｔ ｒ ｉ ｈ ｓｐ ｐｅ， ｎ ｈｅｒ ｓ ｔｓ ｏ ｓｔ ａ ｈ ａ ｔｅ ｓｉ ｈ ｎｓｄ ｅ ｉｌ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｈ ｌｃ ｌ ｐ ｉｇ ｉ ａｇ ｒ ｎｔ ｉ ａ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｕｌ ｈ ｗ ｈ ｔｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ｎ ｔ ｅ ｉ ｉ ｅｏｆａｖ ｈｃ ｅｓ ｓ ｅ ｓｏ ｅｉａ ｒｎ ｓｌｒ ｅ ｓ ｔ ｎｔ ｅｏ ｔｉｅ ｔ ｅｌｃ ｔｏ ｆｔｅｍ ａ ｉ ｕ ｈ ａ ｔｅ ｓｗｉｌ ｈ ｎ ｅｗ ｉ ｅｌ ａ ｈ ｎ ｅ ； ｅｍ ａ ｉ ｍ ｈ ａ ｈａ ｕ ｓｄ ； ｈ ａｉ ｎｏ ｈ ｘ ｍ ｍ ｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ｌ ｃ ａ ｇ ｔ ｔ ｏ ｄｃ ａ ｇ ｓｔ ｘ ｍｕ ｓ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｈ ｈ ｓｒ ｓ ｃ ｕ ｒ ｔｔ ｅ ｍ ｕｌ ｐ ｅ ｆ ０５ ｃ ｃｅ ｆａ ｖ ｈ ｃｅ ｓ ｐｅ ｓｏ ｅｉａ ｐ ｉｇ．Ｔｈ ｅｈ ｄ ｐｒ ｖ ｄ ｓ ａ ｔｅ ｓ ｏ ｃ ｒｓ ａ ｈ ｔ ｌｓ ｏ ． ｙ ｌ ｓ ｏ ｅ ｉｌ ｕｓ ｎ ｉｎ ｈ ｌｃ ｌｓ ｒｎ ｉ ｅ ｍ ｔｏ ｏ ｉｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｖ ｎ ｅｉｂｌ ｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｒ ｆｒ ｎ ｅｍ ａｅ ｉｌ ｏ ｈ ｐ ｉ ａ ｅ ｉ ｎｏｆｃ ｌ ｒｃ ｌ ｅｉａ ｏ ｖ ｎｉｎ ， ｎ ｕｔ ｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｉ ａ ｅｍ ｔ ｏ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ｔｒａｓｆ ｒｔ ｅｏ ｔｍ ｌｄ ｓｇ ｙ ｉ ｉａｌ ｈ ｌｃ ｌ ｎｄ ｙ ｓ ｒｎ ． ｐ ｉ ｇ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｖ ｈ ｃｅＳｕ ｐｅ ｓｏ ｙｗ ｒ ： ｅ ｉ ｌ ｓ ｎ ｉ ｎ： ｈ ｌ ａ ｐ ｉｇ： ＡＮ Ｓ Ｓ： ｓｒ ｓ ｅｉ ｌ ｒｎ ｃ ｓ Ｙ ｔｅ ｓ
（ 变形云图 ４（ １０ Ｎ） ｄ） １４ ０
图 ３螺旋 弹簧变形云图
式中 ： ＝
＋
；ｃ＿Ｄ／ 为曲 ；
６２ 剪切 应 力 结 果 ．
度指数 ； Ｄ为圆柱螺旋弹簧 中径 ； Ｃ为缠绕 比； ｄ 为簧丝直径 ；Ｐ为负荷值 。
计 算 得 ： ｒ ＝１１ ． ａ。 ｍ ０ ２１ ＭＰ ３
Ｓ ｒ ｓ ｎ ｌ ｓｓｏ ｙ ｉ ｄ ｉ ａ ｌ ｅ ｉ ａ ｐ ｉ ｇ ｂａ ｅ ｉ ＡＮＳ ｔ ｅ ｓａ ａ ｙ ｉ ｆａ ｃ ｌ ｒ ｃ ｌ ｈ ｌ ｌ ｒ ｎ ｓ ｄ Ｏ ｌ ｎ ｙ ｃ ｓ ＹＳ ＹＡＮＧ Ｆ ｎ ｅ ｇ （ ｅ ｇ ｕＣｏ ｌ ｇ ， ｉ ｅ ｓｔ ｆ ｅ ｔ ｏ ｉ ｃ ｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏｏ ｙｏ Ｃｈ ｎ ，Ｃｈ ｎ ｄ １ ７ １ Ｃｈ ｎ ） Ｃｈ ｎ ｄ ｌ ｅ Ｕｎ ｖ ｒ ｉ ｅ ｙｏ Ｅｌ ｃ ｒ ｎ ｃＳ ｉｎ ｅａ ｄＴ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆ ｉ ａ ｅ ｇ ｕ６ １ ３ ， ｉ ａ
进行相应的分析过程 。
的接触 采用 了三维梁接触 单元 Ｃ ＮＴ Ｔ ７ ， Ｏ ＡＣ １６
而 和它对应 的 目标 单元采用了 Ｔ ｒｅ ７ ａ ｔ ｌ单 ｇｌ
１汽 车悬架螺旋弹簧三维模型 的建立
在汽车悬架系统 中， 螺旋弹簧的上端安装 在车身 的弹簧座内 ， 下端安装在固定于后桥壳 体 的弹簧座 内， 只承受轴向的作用 ， 以减缓因
３汽车悬架螺旋弹簧有限元模型的建立
汽车悬 架螺旋弹簧离散化 ，即有限元分
考虑到汽车悬架弹簧的实际情况 ， 了恰 为 当的分析螺旋弹簧 的所承受 法向载荷产生应 力的力的情况 ， 在螺旋弹簧的两端添加合适的 弹簧座 ，保证螺旋弹簧的法 向施加载荷受力。
图ｌ 为在 三 维绘 图软 件 ＰｏＥ中绘 制 的某 ｒ／
触 以及螺旋弹簧的 自接触 。 螺旋弹簧和弹簧座
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设计 与研 究
・ ５・ ２
５汽 车悬架螺旋 弹簧 Ｃ ＡＥ分析过程
汽车悬架螺旋弹簧的 Ｃ Ｅ分析过程可以 Ａ 采用 交 互式 的方 式进 行 分 析 ，也 可 以 采 用 ＡＤ Ｐ Ｌ语言进行分析 ， 本文采用了交互式的方 式 ，来实现螺旋弹簧 的有限元分析。
到 ３ ０ ９ ４Ｎ，最大剪切应力出现在螺旋弹簧上 端 １ ． ５圈附近 内侧 ，负荷继续增加到 ７ ９ ８９Ｎ 之后 ， 螺旋弹簧的最大剪切应力出现的位置转
移至螺旋弹簧底端起始 １ 圈附近 内侧 ， ． ５ 在螺
旋弹簧 的负荷继续增加 到螺旋弹簧 的极限载 荷 １４ ０时 ，螺旋弹簧的最大剪切应力 ９ ８ ０ １ ５ ＭＰ 的位置继续转移至底端起始 ２ 圈位置附 ａ ． ５
近 。这 些最 大应 力位置 都 可能是 螺旋 弹簧 的敏
６ 分 析 结 果
感位置 ， 螺旋弹簧失效时的疲劳源发生的地方。
６１轴 向形 变结 果 ．
力逐渐增加 ， 螺旋弹簧的两端圈分别和底座接 圈和第二 圈之间也发生了接触 ， 这就直接导致 了螺旋弹簧刚度的增加。
触， 当应力增 加到一定程度时 ， 螺旋弹簧第一
割。 将汽车悬架螺旋弹簧设计数据模型划分为
有限个单元。 将绘制 的汽车悬架螺旋弹簧加弹簧座的三
维 模 型 保 存 为 Ｐｒ ｏｉ（ Ｔ 格 式 ，导 入 ａａ Ｓ ｌ Ｘ ） ｄ
＿
型号汽车悬架螺旋弹簧加弹簧座的三维模型。
Ａ Ｓ 中， Ｎ ＹＳ 将其进行离散化 ， 建立其有限元模
型 如图 用 ， 其质量好
坏 ， 车辆 平 稳性 、 全性 起 着 至 关重 要 的作 对 安
用 。目 ， 前 广泛应用的汽车悬架螺旋弹簧应力 和变形 的计算公式是根 据材 料力学推导 出来
的 ，若无 一 定 的实 际经 验 ， 难 设计 和 制造 出 很
高精度的汽车悬架螺旋弹簧 。 随着设计应 力的
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设计 与研 究
・ ３・ ２
基 于 Ａ ＹＳ的汽 车悬 架 螺 旋 弹 簧 ＮＳ 有 限元分 析
杨 峰
（ 电子科技大 学 成都 学院 ，四川 成 都 ６ １３ ） １７ １
摘要：为 了准确 的测定 汽车悬架 螺旋 弹簧 的应 力分布 情况 ，采 用有 限元 分析软 件 Ａ Ｙ ，对某型号 ＮＳ Ｓ 汽车悬架 螺旋 弹簧进行 了 Ｃ Ｅ 分析 。分 析 结果显示 ，汽车悬架 螺旋 弹簧 内侧 剪切应 力均大 于外侧 剪 Ａ
切应 力 ；随着 汽车悬架 螺旋 弹簧所 承受载荷 的变化 ，剪切应 力最大值 出现 的位 置会 发 生变化 ；而且在
不 同载 荷作 用下 ，剪切应 力最大 值均 出现 在汽车 悬架 螺旋 弹簧底 端开始 向上 ０５圈倍数 附近 。这种分 ． 析方法 直观快 速的反 映 出了剪切 应力 的分布 情况 ，最大 剪切应 力值及 其 出现 的位置 ，为后 续优化设 计 汽车 悬架螺旋 弹簧提 供 了方便 、直观、可 靠的参 考数 据。 关 键词：汽车 悬架 ；螺旋 弹簧 ；Ａ ＹＳ ＮＳ ；应 力 中图分类号 ：０ ４ ．１ ２ ２２ 文献标识码 ：Ａ 文 章编号 ：１０ —０ ｌ ２ １） ７ ０ ３ ４ ０ ６ ３ ６（０ １ ０ —０ ２ —０
・
３ ０・
设计 与研 究
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为平面与球面接触 ， 刚施加压力时 ， 平面垂直
分析 ， 在压缩过程中出现的跳跃拐点是 由于矩 形密封 圈受压弯 曲失稳造成的。 有限元的理论 分析与实践相符 ， 以后的工程应用 中可 以加 在 大聚四氟 乙烯矩形密封 圈的应用。 参考文献：
图 １弹簧加压板模型
２ 汽车悬架螺旋弹簧有 限元分析单元
类 型 的确 定
考虑到所用电脑的分析计算能力 ， 本设计 选择了梁单元 ｂａ ８ 来划分弹簧网格¨ 梁 ｅｍ１８ Ｊ 单元的优点是节点和单元数少 ，计算规模小 ， 实体单元设置接触单元方便 。 由于螺旋弹簧 两端 的支撑 圈的部分节距 在分析过程 中， 为准确模拟螺旋弹簧在汽 车悬架系统 中的实际工况 ， 要对螺旋弹簧的有 限元模型进行边界条件设定 。 在下端弹簧座 的底端加上固定约束 ， 同时 要保证螺旋弹簧上下端相对于弹簧座 的径 向 位移为 ０ ，完成上述边界约束后 ， 螺旋弹簧模 型的空间位置就被 固定下来了。 要模拟螺旋弹 簧在汽车悬架 中承受法向载荷的作用 ， 就在上 弹簧座上面上施加法向力。
图 ４为螺旋弹簧 方向剪应 力云图。 由剪切应力云图结果可以得 出以下结论 ：
（） １ 弹簧 内侧的剪应力明显 比弹簧外侧
的剪应力要大 （ 颜色从左面到右面变化 ， 应力
逐 渐 变 大 ）。
８ 结 论
在本论文 中，通过采用有限元分析软件
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（） ２ 螺旋弹簧轴向施加负荷 ，由 ０增加
路面 不 平 顺后 桥 对车 身 造成 的冲 击 ， 对车 身 起 支撑 作 用 。
元， 螺旋弹簧的 自接触也采用了同样 的接触对
单元。 选 择 Ｃ ＮＴ Ｔ１６单 元 的好处 在 于 ，它 Ｏ ＡＣ ７
可以设置螺旋弹簧 的截面大小 ，在分析过程 中，准确的模拟螺旋弹簧的接触 。
■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■
由图 ３ 可以看 出 ， 随着螺旋弹簧所受 的压
（） 形 图１２ｏ ）（） 形 图２３４ ） ａ变 云 （６ ３ Ｎ ｂ变 云 （０Ｎ ９