文献×汽车 | 基于 ANSYS 的多级抛物线板簧系统分析

多级抛物线板簧系统基于ANSYS的全面分析


引言

板簧系统作为弱化或完全吸收机械系统运行中遇到的压力影响的关键结构部件，在汽车工业中占据核心位置。它们能够增强承载能力，减轻车辆重量，抑制冲击和旋转效应，从而延长使用周期并促进系统的安全性。通过对板簧系统的总体和局部行为的高级模拟分析，工程师能够精确预测其在不同载荷和使用条件下可能的应力、应变、偏转和变形程度，从而优化设计并提升整体性能。




文献综述

至今，尽管基于ANSYS的板簧系统分析工作已有一定数量，但大多数研究侧重于特定的分析方法（例如疲劳分析、复合材料性能比较、静态分析和模态分析）或专注于单一板簧系统的设计优化。较少文献报告同时涉猎不同压力载荷下多层抛物线板簧系统的特性及其各种振型的共振频率分析。本研究填补了这一空白，首次全面探讨了在不同载荷水平下由不同几何结构组成的多级抛物线板簧系统的行为。

方法与材料

本研究使用ANSYS Workbench 18.1软件，对三种不同的多级抛物线板簧系统进行了计算机辅助分析：107、105和87系统。这三种系统均采用了双衬套结构，且模拟考虑了不同板簧数量变化（10片和7片）的几何特性。分析了在12.5 Pa、25 Pa和37.5 Pa三种不同压力水平下的整体变形，并进行了模态分析，以获得各个模式下的共振频率。

制造商与开发合作伙伴

这些板簧系统是由与戴姆勒梅赛德斯阿克萨雷/土耳其工厂合作开发的，原型在生产前进行了严格的质量控制。设计集中在分析方法上，以捕获压力场如何对系统性能产生复杂的影响。

分析结果


分析结果揭示了以下关键点：

1. 变形响应：在所有设定的压力值下，87型板簧系统的总变形显著高于同类系统的其他两个配置。高度和臂数的变化对整体性能有着显著影响。

2. 模态分析：通过模态分析，确定了共振频率范围，其中105型系统的共振频率通常最高。模拟发现，尽管不同板簧数量的改变会对大部分板簧系统产生影响，但在某些模态下，影响尤为显著——表现为共振频率的上升及最大变形位置的移动。

3. 力学性能：冯·米塞斯应力分析提供了材料性能的基准，揭示了板簧系统在不同超载下的耐受性，为材料选择提供依据。

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