solidworks simulation 弹簧疲劳分析

Simulation优化设计挑战设计目的：采用Solidworks Simulation分析得出螺旋弹簧的压缩刚度，并对弹簧零件进行疲劳分析。1. 打开名为“弹簧疲劳分析”的solidWorks零件提示：为方便起见，夹具和外部载荷已经事先添加到弹簧两端的圆盘。圆盘之间的距离对应于未压缩弹簧的当前长度。2. 设定SolidWorks Simulation的选项设定【单位系统】未【公制（）（MKS）】,【长度】单位为毫米，【应力】单位为N/m2（Pa）。3. 创建一个名为“研究1”的【静态】算例。4. 查看材料属性材料属性（Alloy Steel）将直接从SolidWorks转移过来。5. 应用固定约束在图1所示的1号圆盘端面应用【固定几何体】的夹具。12图1.1 添加约束和载荷6. 应用径向约束在2号圆盘的圆柱面上添加一个高级夹具，约束圆盘的径向位移。该约束只允许弹簧沿轴向压缩或伸长，且只能绕纵向轴转动，如图1.1所示。7. 施加压力对采用径向约束的圆盘端面添加98.066N的压力。8. 划分网格并运行分析使用【高】品质单元划分网格。保持默认的【单元大小】为2.8826365mm，【公差】为0.14413183mm。显示x方向的位移。9. 如图2所示，图解显示轴向位移结果为0.004mm。轴线方向为x方向。 图1.2 添加夹具图解图1.3 位移图解计算得到的弹簧的轴向刚度为22.41N/m（k=f/x）以下为对该弹簧零件的疲劳分析 首先生成一个新的疲劳算例，命名为“疲劳分析”。1. 定义S-N曲线(1) 在Simulation管理器中右键单击，在弹出的菜单中选择“添加事件”，如图2.1所示。图2.1 选择“添加事件”(2) 单击“添加事件”后，在弹出的管理器里根据图2.2添加事件。使所加载的力值为98.066N，单击“确定”图标完成事件属性的设置。图2-2 新添事件属性(3) 定义S-N曲线1) 在Simulation管理器中右键单击“spring copy”，在弹出的菜单中选择“应用/编辑疲劳数据”，如图2.3所示。图2.3 选择“应用/编辑疲劳数据”2) 右键单击“应用/编辑疲劳数据”后弹出“材料”属性管理器。在“材料”管理器中的“疲劳SN曲线”栏中按图2-4所示设置。图2-4 定义疲劳S-N曲线3) 单击图2-4中的“视图”按钮，系统显示出S-N曲线，图2-5所示。如图2-5 S-N曲线2. 划分网格(1) 改变参数后需要重新生成网格。在Simulation管理器中选择“弹簧疲劳分析”算例，右键单击“网格”文件，在弹出的菜单中选择“生成网格”，如图2-5所示。这时系统会弹出一个警告信息：“重新网格化将删除算例的结果：研究1”，如图2-6所示。单击“确定”按钮关闭信息窗。图2.6 选择“生成”图2.7 警告信息窗(2) 单击“确定”按钮后弹出“网格”属性管理器，在“高级”选项里设定“雅可比点”为“4点”，其他采用默认设置，再单击“确定”图标按钮完成网格参数设定。系统进行网格化并显示网格化进展窗口。3. 运行分析(1) 重新网格化后需要重新运行分析。单击Simulation工具栏上的“运行”图标，(2) 单击“运行”图标后系统开始运行分析计算并弹出运行进度窗口。在成功的运行静态分析之后，Simulation将在管理器中生成“应力”、“位移”、“应变”、“变形”和“设计检查”五个文件夹4. 进行疲劳分析(1) 定义“研究2”项目属性在Simulation管理器中右键单击“研究2”，在弹出的菜单中选择“属性”，如图2.8所示。选择“属性”后系统弹出“疲劳”属性管理器，在“选项”标签中选择“恒定振幅事件交互作用”为“随意交互作用”，选择“计算交替应力的手段”为“对等应力（von Mises）”。其他采用默认设置，如图2.9所示。单击“确定”按钮完成属性定义。图2.8 选择“属性”图2.9 定义“疲劳”属性(2) 定义结果选项1) 在Simulation管理器中右键单击，在弹出的菜单中选择“定义编辑”，如图2.10所示。2) 选择“定义编辑”后系统弹出“结果选项”属性管理器，选择“疲劳计算”为“整个模型”，如图2.11所示。单击“确定”图标按钮完成结果选项定。 图2.10 选择“定义/编辑” 图2.11 “结果选项”属性管理器(3) 运行疲劳研究分析1) 在Simulation管理器中右键单击“研究2”，在弹出的菜单中选择“运行”。2) 单击“运行”图标有系统开始运行分析计算并弹出运行进度窗口。在系统成功的运行疲劳分析之后，Simulation将在管理器中生成结果图解，如图2.12所示。图2.12 生成结果图解5. 生命图解和损坏图解(1) 定义生命结果图解1) 在Simulation管理器中右键单击图标，在弹出的菜单中选择“定义疲劳图解”。2) 单击“定义疲劳图解”后系统弹出“疲劳图解”属性管理器，在“显示”栏中选择“生命”，如图2.13所示。其他采用默认设置，单击“确定”按钮完成生命图解定义。图2.13 “疲劳图解”属性管理器(2) 显示生命图解单击“确定”图标按钮后系统显示出生命图解，如图2.14所示。从图解中可以看出，弹簧经过201310次拉伸后将出现疲劳。图2.14 生命图解(3) 显示损坏图解1) 在Simulation管理器中右键单击“结果”文件夹内的“图解1”，在弹出的菜单中选择“显示”，如图2.15所示。、图2.15 选择“显示”2) 选择“显示”后系统显示出损坏图解，如图2.16所示。从图解中可以看出，经过事件后图中箭头所指的位置将会产生2.04%的损坏。图2.16 损坏图解(4) 定义安全系数结果图解1) 在Simulation管理器中右键单击“结果”图标，在弹出的菜单中选择“定义疲劳图解”。2) 单击“定义疲劳图解”图标后系统弹出“疲劳图解”属性管理器，在“显示”栏中选择“载荷因子”，如图2.17