proe下螺旋掃描所生成彈簧的力學(xué)性能分析

2013-05-07 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

楊立新《CAD/CAM與制造業(yè)信息化》

本文通過(guò)P r o /MECHNICA對(duì)螺旋掃描生成的實(shí)體進(jìn)行靜力分析和模態(tài)分析,并與壓簧的理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較,證明螺旋掃描實(shí)體在力學(xué)上十分接近實(shí)際彈簧。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,彈簧的應(yīng)用十分廣泛,設(shè)計(jì)人員為了能夠力求真實(shí)準(zhǔn)確的反映結(jié)構(gòu),在proeNGINEER中一般使用螺旋掃描生成實(shí)體來(lái)描述彈簧。這樣得到的彈簧在外形上和實(shí)際彈簧很接近,但力學(xué)性能和實(shí)際的彈簧相比有何差別,對(duì)其進(jìn)行的模擬能否反映工作狀態(tài)的彈簧等卻一直沒(méi)有定論。本文利用proeNGINEER中的Pro/MECHNICA模塊,分析了壓簧的載荷-變形情況,計(jì)算了自振頻率,并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了比較。

一、創(chuàng)建壓簧的模型

本文所述的實(shí)例利用螺旋掃描生成一個(gè)實(shí)體,并模擬彈簧。彈簧長(zhǎng)為60mm,彈簧中徑為30mm,材料直徑為5mm,螺距為10mm。這里可以在彈簧的上下兩端面加兩個(gè)平板,以便在Pro/MECHNICA下添加約束和載荷。模型如圖1所示。

圖1 彈簧模型

二、對(duì)壓簧進(jìn)行靜力分析

這里可以利用Pro/MECHNICA模塊以對(duì)模型進(jìn)行靜力分析。首先創(chuàng)建一個(gè)新的Static Analysis,載荷和約束如圖2所示。然后在將彈簧下板的6個(gè)自由度進(jìn)行全約束,并且在上板加1000N的載荷。彈簧變形如圖3所示。變形量為12.1mm。

圖2 彈簧的載荷和約束

圖3 彈簧的變形

三、對(duì)壓簧進(jìn)行模態(tài)分析

這里我們可以利用P r o /MECHNICA模塊以對(duì)模型進(jìn)行模態(tài)分析。創(chuàng)建一個(gè)新的Modal Analysis,進(jìn)行模態(tài)分析時(shí)不需要加約束和載荷,結(jié)果如圖4所示。彈簧的自振頻率為17S-1,

四、對(duì)壓簧進(jìn)行理論計(jì)算

圓柱螺旋壓縮彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算的公式為:

共振驗(yàn)算公式為:

其中,f為工作載荷下的變形量(mm), n γ 為彈簧自振頻率(Hz),F為工作載荷(100N),N為彈簧有效圈數(shù)是9,G是切變模量(71000MPa),c為纏繞比c = D / d,D為彈簧中徑(200mm),d為材料直徑(16mm)。

圖4 模態(tài)分析結(jié)果

經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算,得出的結(jié)果是: f = 12.4mm

由此可見(jiàn),它們與利用P r o /MECHNICA模擬防真所得到的結(jié)果十分接近。

五、結(jié)論

通過(guò)比較Pro/MECHNICA與理論公式計(jì)算得到的結(jié)果,可以發(fā)現(xiàn):經(jīng)過(guò)螺旋掃描所得到的實(shí)體不但外形與實(shí)際壓縮(拉伸)彈簧非常接近,其力學(xué)性能也很接近,所以可以放心地用它來(lái)模擬靜態(tài)與工作狀態(tài)的壓縮(拉伸)彈簧。

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