矩形截面锥型螺旋压缩弹簧的稳定性分析

1、有限元软件应用课程设计报告矩形截面锥型螺旋压缩弹簧的稳定性分析学 院 应用科学学院专业班级 力学081801 学 号 200818020118 姓 名 梅 杭 俊指导教师 林 金 宝 2011年12月2日有限元软件应用课程设计任务书学院（直属系）： 应用科学学院 时间： 2011年11月7日学 生 姓 名梅杭俊指 导 教 师林金保设计题目矩形截面锥型螺旋压缩弹簧的稳定性分析主要内容1. 查阅相关资料，对锥型螺旋弹簧有全面认识，特别了解锥型螺旋压缩弹簧的主要用途，明确对锥型螺旋压缩弹簧稳定性分析的意义。2. 用三维建模软件建立矩形截面锥型螺旋压缩弹簧的实体模型。3将该弹簧的实体模型导入有限元分析

2、软件，并建立弹簧的有限元分析模型。4利用有限元分析软件对该弹簧进行稳定性分析，得出弹簧的临界载荷与屈曲模态。5撰写课程设计报告。研究方法运用三维建模软件建立弹簧的实体模型运用有限元分析软件对弹簧进行有限元分析应交文件1. 课程设计报告一份（打印稿、电子稿各一份）；2. 模型文件。说明：1. 课程设计任务书装订在课程设计报告内； 2. 设计时间为四周（11月07日-12月2日）。摘要：弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。按受力性质，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧，其中压缩弹簧是承受向压力的螺旋弹簧。锥形弹簧的结构型式为等节距截锥螺旋弹簧和等螺旋升角螺旋弹簧两种；其端部结构型式分

3、两端圈并紧磨平和两端圈并紧不磨两种（如图a）。矩形截面锥型螺旋压缩弹簧的几何形状呈截锥螺旋形，其应用广泛，如航空飞行器等螺旋升角截锥螺旋弹簧、内燃机的阀门弹簧、机车车辆截锥螺旋弹簧等。本文用Preo4.0软件建立弹簧的实体模型，将弹簧的实体模型导入ansys软件，并建立弹簧的有限元分析模型。利用有限元分析软件对该弹簧进行稳定性分析，得出弹簧的临界载荷与屈曲模态。名 称简 图结构型式等节距截锥螺旋弹簧形成锥形弹簧有效圈的螺旋线节距t是一个常量。等螺旋升角截锥螺旋弹簧形成锥形弹簧有效圈的螺旋线升角是一个常量。（图a）关键词：锥形螺旋压缩弹簧 Preo4.0 有限元分析 稳定性1.运用Preo弹簧的

4、实体模型 1).扫引轨迹（图1）2).为6*10的矩形截面的锥形压缩弹簧（图2）2运用Ansys软件对弹簧进行有限元分析1)将弹簧的实体导入AnsysFile Import Pro/E 找出实体文件所在路径，点击导入2） 单元类型设定Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete Add-Solid-10node 92-OK3)定义材料属性Material Props Material Models -Structral-Linear-Elastic-Isotropic EX-210e9 PRXY-0.3OK4)划分单元网格Meshing Mesh Tool

5、 Volumes-点选Smart size-Mesh5）定义分析类型Solution Analysis Type New Analysis Static OK6)定义载荷，边界条件Define Loads Apply Structural DisplacementOn nodes-点选Box-选取边界点-OKForce/Moment On Nodes-点选Box-选取边界点 点选Fz-OK 设定载荷-10000 点选OKPlot Results Deformed Shape-点选Def+undef edge-OK(图3：加载前后对照图)7）求解位移求解：Solution Solve Curre

6、nt LS-点选OKGeneral Postproc Plot Results Contour Plot Nodal Solution 点选Nodal Solution-DOF Solution- X-Component of displacement 点选OK（图4：X方向位移分布图）Y-Component of displacement 点选OK（图5：Y方向位移分布图）Z-Component of displacement（图6：Z方向位移分布图）应力求解：General Postproc Plot ResultsContour Plot Nodal Solution点选Stress X

7、-Component of stress(图7：X方向应力分布)Y-Component of stress(图8：Y方向应力分布)Z-Component of stress(图9：Z方向应力分布)8)屈曲分析求解Main Menu Solution Analysis TypeNew Analysis在弹出的对话框中点选Eigen Buckling -OK设定屈曲分析选项Main Menu Solution Analysis Type Analysis Options弹出对话框后，在NMODE NO. of modes to extract后输入4屈曲求解：Main Menu Solution

8、Solve Current LS单击OK求解求扩展解：（1） 激活扩展过程Main MenuSolutionAnalysis TypeExpansioPass弹出对话框，单击Expansion pass后面使其显示为On，点击OK（2） 设置扩展解Main MenuLoad StepOptsExpansionPassSingle ExpandExpand Modes弹出对话框，在NMODE NO. of modes to expand后输入4在Elcalc后单击使其显示Yes,点击OK（3） 扩展求解Main MenuSolutionSolveCurrent LS点击OK求解9）后处理Main

9、 MenuGeneral PostprocRead ResultsFirst SetPlot ResultsDeformed ShapeDef undef edge（图10：第一阶模态）（图11：第二阶模态）（图12：第三阶模态）（图13：第四阶模态）各阶模态对应的载荷为：第一阶：10000135.78=1357800N第二阶：10000135.96=1359600N第三阶：100001087.6=10876000N第四阶：100001097.1=10971000N各阶模态载荷的最小值为弹簧的临界载荷，故弹簧的临界载荷为1357800N。总结：在做课程设计的过程中通过查阅有关资料使我对弹簧的材料、制造工艺、稳定性分析等都有了进一步的了解。以前的有限元学习多数为理论部分，我通过这次具体的实例分析掌握了ansys软件基本操作。想要掌握ansys软件需要更多时间的投入。参考文献：1.梁清香。有限元与MA