浅谈ANSYS仿真在汽车板簧中的应用分析.docx

科技与创新 ┃
文章编号：

Science and Technology & Innovation
2095－6835 (2017) 21－0148－02

2017 年 第 21 期

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)

摘 要： 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。

关键词： 车辆工程；钢板弹簧； ANSYS 仿真；应用分析
中图分类号： U463.33 文献标识码： A

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。
1 ANSYS 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 . A 块Ri、gh分ts析e算sevd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


DOI： 10. 15913/ki.kjycx.2017.21. 148

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。 参考文献：
[ 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].

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2017 年 第 21 期
┃科技与创新
Science and Technology & Innovation
文章编号： 2095－6835 (2017) 21－0149－02

增强现实在电网仿真培训和工作辅助的应用

薛 江，李军锋，何双伯，冯伟夏
(广东电网有限责任公司教育培训评价中心，广东 广州 510520)

摘 要： 随着微软 Hololens 的发布，增强现实技术的研究和应用迎来新的高潮。重点研究了增强现实技术中的三 维注册技术、虚实融合显示技术和人机实时交互技术。在此基础上，将增强现实技术结合微软 Hololens 头盔应用 到电网的仿真培训和工作辅助中。在仿真培训中实现了设备认知培训、远程专家支持和电缆沟认知等案例，在工 作辅助中实现了变电站现场作业 AR 智能辅助系统。实际应用表时，增强现实技术可以有效提升电网中仿真培训 的效果，并对现场工作辅助有一定的帮助。
关键词： Hololens；增强现实；仿真培训；工作辅助
中图分类号： TP391 文献标识码： A DOI： 10. 15913/ki.kjycx.2017.21. 149

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增强现实( Augmented reality， AR) [1]是在用户观察到 的真实自然环境中添加计算机生成的文字、 3D 模型等信息 的技术。 增强现实具有虚实混合的特性， 实现了虚拟世界和 真实世界的融合， 可以很好地解决虚拟现实中场景真实感不
足的问题。 一个 AR 系统的基本工作流程包括虚拟信息的建
. A i渲gh染ts、e实sevd中.的跟踪和定位、 虚拟信息在真实场景 中的注册、显示输出和实时的人机交互。
虚拟信息的建立和渲染在电网中主要是通过一定的方 法进行电网本体和电网设备的 3D 模型的建立[2] 。而真实世 界中的跟踪和定位主要包括使用单一姿态跟踪器的方法和 混合跟踪技术[3] 。虚拟信息在真实场景中的注册主要解决虚 实匹配的问题，其中，虚实遮挡是研究的一个难点[4] 。显示 输出和实时人机交互的研究中， 不同的输出设备、 不同的人 机交互方式给用户带来不同的体验[5] 。本文重点研究了增强 现实在电网仿真培训和工作辅助中的应用。
1 增强现实技术
增强现实具有 3 个重要特性，也是其 3 大关键技术所在： ①三维注册技术， 即利用自动跟踪技术将虚拟模型和真实物 体精确地对准； ②虚实融合显示技术使虚拟模型和真实世界
中的物体共存于用户的视野中； ③人机实时交互技术， 用户

可以与视野中的真实物体和虚拟物体进行实时的交互。
1.1 三维注册技术
三维注册技术是实现移动增强现实应用的基础技术， 也 是决定移动增强现实应用系统性能优劣的关键。其主要完成 的任务是实时检测出摄像头相对于真实场景的位置状态并 确定虚拟模型在真实世界中的位置坐标。 在电网应用中， 可 结合手机、平板电脑、可穿戴设备的视频摄像头、罗盘、加 速器等传感器，通过 AR＋LBS 模式，获取当前工作区的属 性信息、环境或者历史记录等信息；结合快速响应码(二维 码)及特定图形识别等技术，快速获取电力设备、工器具、 建筑物等设备的相关属性信息。
1.2 虚实融合显示技术
虚实融合显示技术是通过特定的显示设备结合一定的 显示算法使虚拟模型和真实世界中的物体在用户视野中共 存。 目前的显示设备分为头盔显示式、 手持显示式以及投影 显示式等。 随着微软 Hololens 头盔的发布， 增强现实在虚实 融合显示方面有了极大的进展， 也加速了增强现实在电网仿 真培训和工作辅助中的应用。 虚实整合算法的一个关键点是 通过基于视觉的光照一致性算法， 实现虚拟物体与真实物体
之间的遮挡、阴影和光照一致性。

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.
〔编辑：刘晓芳〕