基于ansys workbench的汽车横向稳定杆有限元分析

基于 ANSYS WORKBENCH 的汽车横向稳定杆有限元分析沈登峰（江苏大学 汽车与交通工程学院 镇江 江苏 212013）摘 要：本文根据车辆结构弹塑性分析与有限元这门课程的作业要求，选择某汽车的横向稳定杆作为研究对象，利用 ANSYS WORKBENCH 进行静力分析和疲劳分析。根据实际工程中横向稳定杆可能需要限制的边界条件以及受力，分析出其受力分布以及受力之后的变形以及预测其疲劳寿命。关 键 词：横向稳定杆，有限元，ANSYS WORKBENCH，静力，疲劳寿命Abstract: According to the requirement which comes from the course on the analysis of vehicle structure elastic-plastic and finite element,，the paper chooses sway bar as the research object, Analysis is based on ANSYS WORKBENCH. According to the force and boundary conditions encountered by crank in practical project， the paper calculates the stress distribution ，the displacement and fatigue life.Keywords:Sway Bar， Element, ANSYS WORKBENCH,Static,Fatigue Life引言 ANSYS WORKBENCH 软件是融结构、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。由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国 ANSYS 开发，它能与多数CAD 软件接口，实现数据的共享和交换，如 Pro/Engineer, NASTRAN,IDEAS, AutoCAD 等，是现代产品设计中的高级 CAE 工具之一。软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可以方便地构造有限元模型；分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析） 、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，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；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部）等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、网格形式显示或输出。静力分析用于计算那些不包括惯性和阻尼效应的载荷作用于结构或者部件上引起的位移，应力，应变和力。固定不变的载荷和响应是一种假定；即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。静力分析所施加的载荷包括：外部施加的作用力和压力、稳态的惯性力、位移载荷、温度载荷。疲劳分析是通过有限元的方式在设计阶段研究零件的预期疲劳程度，看其是否能满足使用要求，以此来降低生产成本。在分析时我们常采用软件计算零件的疲劳寿命、安全因数、疲劳敏感性等参数来评价其疲劳。1 提出问题横向稳定杆是汽车悬架中的一种辅助弹性元件，它的作用是防止车身在转弯时发生过大的横向侧倾，以此来防止汽车横向倾翻和改善平顺性。 横向稳定杆是用弹簧钢制成的扭杆弹簧，形状呈“U”形，横置在汽车的前端和后端。杆身的中部，用套筒与车架铰接，杆的两端分别固定在左右悬架上。当车身只作垂直运动时，两侧悬架变形相同，横向稳定杆不起作用。当车身侧倾时，两侧悬架跳动不一致，横向稳定杆发生扭转，杆身的弹力成为继续侧倾的阻力，起到横向稳定的作用。在实际工况下，稳定杆常会受到大小不同的扭力作用，在某些部位会出现应力集中点，且随着受力次数的增加，稳定杆的某些部位会出现疲劳破坏。因此疲劳寿命是稳定杆设计时必须考虑的一个重要因素。本文针对研制开发中的某型汽车的横向稳定杆进行了基于ANSYS WOEKBENCH 仿真分析软件的静力分析和虚拟疲劳分析2 分析问题1) 先进行前处理。在 UG 中建立横向稳定杆的几何模型（图 1） ，该模型采用扫略的建模方法。几何模型建立好后将其导入到 ANSYS WORKBENCH 中。其材料采用的是60Si2Mn，查表知其弹性模量为 ，泊松比为 ，密度为 。Pa5106.229.03108.7/mkg图 1 UG 中的几何模型2) 进行网格划分。网格划分时采用的是扫略方法，并加上尺寸控制，设置六面体尺寸为10mm，最后网格划分效果如图 2。图 2 网格划分模型3) 施加约束与载荷。根据横向稳定杆的受力分析和实际工况，在 ANSYS WORKBENCH软件中，对横向稳定杆中间两个与套筒的连接面作位移约束，限制 y 轴及 z 轴的移动和转动。对横向稳定杆两端面施加大小为 15mm，方向相反的位移载荷，如图 3.图 3 载荷施加3 解决问题前处理，网格划分，约束与载荷的施加都已经完成。最后进行静力分析与疲劳分析。结果如图所示。图 4 为应力分布图，其中已指示出应力最大点。图 5 为总变形图，最大变形处已标出。图 6 为疲劳寿命云图，图 7 为其局部放大图。图 4 应力分布云图图 5 总变形云图图 6 疲劳寿命云图图 7 疲劳寿命局部放大云图4 结论1）加载之后，横向稳定杆的应力集中点在其圆弧凹处，达到了 355.19mpa。2）加载之后，变形最大量在横向稳定杆的端部。3）加载之后，横向稳定杆在此分析工况下的许用次数为 408350 次，要