单自由度弹簧振子模态分析

单自由度弹簧振子模态分析
指导老师：马培勇
学生姓名：周葵
学号：2012216560
班级：过程装备与控制工程一班
目录
一、课题研究背景_____________________________________________________________ 1
二、课题主要研究内容和方法___________________________________________________ 3
三、创建三维建模_____________________________________________________________ 3
四、模型参数Ansys分析 _______________________________________________________ 4
五、添加弹簧后的模型_________________________________________________________ 4
六、模型的振形与固有频率Ansys分析 ___________________________________________ 5
七、公式验算_________________________________________________________________ 5
八、总结_____________________________________________________________________ 6
一、课题研究背景
弹簧是一种利用弹性来工作的机械零件。

用弹性材料制成的零件在外力作用下发生形变，除去外力后又恢复原状。

亦作“弹簧”。

一般用弹簧钢制成。

弹簧的种类复杂多样，按形状分，主要有螺旋弹簧、涡卷弹簧、板弹簧、异型弹簧等。

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，按形状可分为碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧、螺旋弹簧、截锥涡卷弹簧以及扭杆弹簧等，按制作过程可以分为冷卷弹簧和热卷弹簧。

普通圆柱弹簧由于制造简单，且可根据受载情况制成各种型式，结构简单，故应用最广。

弹簧的制造材料一般来说应具有高的弹性极限、疲劳极限、冲击韧性及良好的热处理性能等，常用的有碳素弹簧钢、合金弹簧钢、不锈弹簧钢以及铜合金、镍合金和橡胶等。

弹簧的制造方法有冷卷法和热卷法。

弹簧丝直径小于8毫米的一般用冷卷法，大于8
毫米的用热卷法。

有些弹簧在制成后还要进行强压或喷丸处理，可提高弹簧的承载能力。

弹簧振子是一种简谐振子。

它的典型结构是由一个一端固定，
质量可以忽略的弹簧和连在它另一
端（自由端）与一个跨在气垫导轨
上的滑块相连，如图1，这样类似
的系统称为弹簧振子。

二、课题主要研究内容和方法
通过课题研究，我们大概了解单自由度弹簧振子系统的振动情况，以及其在生活、生产中的应用。

主要进行单自由度弹簧振子模态分析，利用三维软件建模，导入有限元分析软件，通过有限元软件对单自由度弹簧振子进行固有频率的计算与振形分析。

三、创建三维建模
四、模型参数Ansys分析
矩形体体积：2.8252e-4立方米矩形体质量：2.2178千克
五、添加弹簧后的模型
六、模型的振形与固有频率Ansys 分析
1、振形如图
2、固有频率：1068.7HZ
七、公式验算
HZ 1069.214
.3*22178.23.14*2108
===质量刚度固有频率
显然，与Ansys 模态分析值相符。

可见Ansys 分析具有很高的可靠性。

八、总结
想要成为一名优秀的设计工程师，需要识别这些频率，并且当有外力激励结构时，应知道它们怎样影响结构的响应。

理解模态振型和结构怎样振动有助于设计工程师设计更优的结构。

模态分析有太多的需要讲解的地方，但这个例子仅仅是一个非常简单的解释。

现在我们能更好地理解模态分析主要是研究结构的固有特性。

理解固有频率和模态振型（依赖结构的质量和刚度分布）有助于设计噪声和振动应用方面的结构系统。

我们使用模态分析有助于设计所有类型的结构，包括机车、航天器，宇宙飞船、计算机、网球拍、高尔夫球杆……。