矩形截面錐型螺旋壓縮彈簧的穩(wěn)定性分析

1、有限元軟件應(yīng)用課程設(shè)計報告矩形截面錐型螺旋壓縮彈簧的穩(wěn)定性分析學(xué) 院 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院專業(yè)班級 力學(xué)081801 學(xué) 號 200818020118 姓 名 梅 杭 俊指導(dǎo)教師 林 金 寶 2011年12月2日有限元軟件應(yīng)用課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)院（直屬系）： 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院 時間： 2011年11月7日學(xué) 生 姓 名梅杭俊指 導(dǎo) 教 師林金保設(shè)計題目矩形截面錐型螺旋壓縮彈簧的穩(wěn)定性分析主要內(nèi)容1. 查閱相關(guān)資料，對錐型螺旋彈簧有全面認(rèn)識，特別了解錐型螺旋壓縮彈簧的主要用途，明確對錐型螺旋壓縮彈簧穩(wěn)定性分析的意義。2. 用三維建模軟件建立矩形截面錐型螺旋壓縮彈簧的實體模型。3將該彈簧的實體模型導(dǎo)入有限元分析

2、軟件，并建立彈簧的有限元分析模型。4利用有限元分析軟件對該彈簧進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出彈簧的臨界載荷與屈曲模態(tài)。5撰寫課程設(shè)計報告。研究方法運(yùn)用三維建模軟件建立彈簧的實體模型運(yùn)用有限元分析軟件對彈簧進(jìn)行有限元分析應(yīng)交文件1. 課程設(shè)計報告一份（打印稿、電子稿各一份）；2. 模型文件。說明：1. 課程設(shè)計任務(wù)書裝訂在課程設(shè)計報告內(nèi)； 2. 設(shè)計時間為四周（11月07日-12月2日）。摘要：彈簧是一種利用彈性來工作的機(jī)械零件。按受力性質(zhì)，彈簧可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉(zhuǎn)彈簧和彎曲彈簧，其中壓縮彈簧是承受向壓力的螺旋彈簧。錐形彈簧的結(jié)構(gòu)型式為等節(jié)距截錐螺旋彈簧和等螺旋升角螺旋彈簧兩種；其端部結(jié)構(gòu)型式分

3、兩端圈并緊磨平和兩端圈并緊不磨兩種（如圖a）。矩形截面錐型螺旋壓縮彈簧的幾何形狀呈截錐螺旋形，其應(yīng)用廣泛，如航空飛行器等螺旋升角截錐螺旋彈簧、內(nèi)燃機(jī)的閥門彈簧、機(jī)車車輛截錐螺旋彈簧等。本文用Preo4.0軟件建立彈簧的實體模型，將彈簧的實體模型導(dǎo)入ansys軟件，并建立彈簧的有限元分析模型。利用有限元分析軟件對該彈簧進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得出彈簧的臨界載荷與屈曲模態(tài)。名 稱簡 圖結(jié)構(gòu)型式等節(jié)距截錐螺旋彈簧形成錐形彈簧有效圈的螺旋線節(jié)距t是一個常量。等螺旋升角截錐螺旋彈簧形成錐形彈簧有效圈的螺旋線升角是一個常量。（圖a）關(guān)鍵詞：錐形螺旋壓縮彈簧 Preo4.0 有限元分析 穩(wěn)定性1.運(yùn)用Preo彈簧的

4、實體模型 1).掃引軌跡（圖1）2).為6*10的矩形截面的錐形壓縮彈簧（圖2）2運(yùn)用Ansys軟件對彈簧進(jìn)行有限元分析1)將彈簧的實體導(dǎo)入AnsysFile Import Pro/E 找出實體文件所在路徑，點(diǎn)擊導(dǎo)入2） 單元類型設(shè)定Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add-Solid-10node 92-OK3)定義材料屬性Material Props Material Models -Structral-Linear-Elastic-Isotropic EX-210e9 PRXY-0.3OK4)劃分單元網(wǎng)格Meshing Mesh Tool

5、 Volumes-點(diǎn)選Smart size-Mesh5）定義分析類型Solution Analysis Type New Analysis Static OK6)定義載荷，邊界條件Define Loads Apply Structural DisplacementOn nodes-點(diǎn)選Box-選取邊界點(diǎn)-OKForce/Moment On Nodes-點(diǎn)選Box-選取邊界點(diǎn) 點(diǎn)選Fz-OK 設(shè)定載荷-10000 點(diǎn)選OKPlot Results Deformed Shape-點(diǎn)選Def+undef edge-OK(圖3：加載前后對照圖)7）求解位移求解：Solution Solve Curre

6、nt LS-點(diǎn)選OKGeneral Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solution 點(diǎn)選Nodal Solution-DOF Solution- X-Component of displacement 點(diǎn)選OK（圖4：X方向位移分布圖）Y-Component of displacement 點(diǎn)選OK（圖5：Y方向位移分布圖）Z-Component of displacement（圖6：Z方向位移分布圖）應(yīng)力求解：General Postproc Plot ResultsContour Plot Nodal Solution點(diǎn)選Stress X

7、-Component of stress(圖7：X方向應(yīng)力分布)Y-Component of stress(圖8：Y方向應(yīng)力分布)Z-Component of stress(圖9：Z方向應(yīng)力分布)8)屈曲分析求解Main Menu Solution Analysis TypeNew Analysis在彈出的對話框中點(diǎn)選Eigen Buckling -OK設(shè)定屈曲分析選項Main Menu Solution Analysis Type Analysis Options彈出對話框后，在NMODE NO. of modes to extract后輸入4屈曲求解：Main Menu Solution

8、Solve Current LS單擊OK求解求擴(kuò)展解：（1） 激活擴(kuò)展過程Main MenuSolutionAnalysis TypeExpansioPass彈出對話框，單擊Expansion pass后面使其顯示為On，點(diǎn)擊OK（2） 設(shè)置擴(kuò)展解Main MenuLoad StepOptsExpansionPassSingle ExpandExpand Modes彈出對話框，在NMODE NO. of modes to expand后輸入4在Elcalc后單擊使其顯示Yes,點(diǎn)擊OK（3） 擴(kuò)展求解Main MenuSolutionSolveCurrent LS點(diǎn)擊OK求解9）后處理Main

9、 MenuGeneral PostprocRead ResultsFirst SetPlot ResultsDeformed ShapeDef undef edge（圖10：第一階模態(tài)）（圖11：第二階模態(tài)）（圖12：第三階模態(tài)）（圖13：第四階模態(tài)）各階模態(tài)對應(yīng)的載荷為：第一階：10000135.78=1357800N第二階：10000135.96=1359600N第三階：100001087.6=10876000N第四階：100001097.1=10971000N各階模態(tài)載荷的最小值為彈簧的臨界載荷，故彈簧的臨界載荷為1357800N。總結(jié)：在做課程設(shè)計的過程中通過查閱有關(guān)資料使我對彈簧的材料、制造工藝、穩(wěn)定性分析等都有了進(jìn)一步的了解。以前的有限元學(xué)習(xí)多數(shù)為理論部分，我通過這次具體的實例分析掌握了ansys軟件基本操作。想要掌握ansys軟件需要更多時間的投入。參考文獻(xiàn)：1.梁清香。有限元與MA