弹簧的应力分析.

CosmosWorks Designer 2005 Training Manual

第七章：吸振器的应力分

析

目的顺利修完本章以后，你将学会:

利用连接器加载约束并简化模型

控制网格密度以获得精确的应力解

COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual 第七章：吸振器的应力分析

工程描述某一微型吸振器的组成包括

一根管子、活塞、夹钳以及

一螺旋状的弹簧。在本章

中，我们研究当该装置承受

10N压力时，由压环所产生

的应力分布情况。

由于螺旋弹簧中的应力情况

并不是我们所关心的，因

此，我们把弹簧从模型中去

掉，取而代之的是一等效的

弹簧连接器。

计算受压弹簧的刚度

首先，螺旋弹簧的刚度是我们必须考虑的。为此，我们单独分析该弹簧。

下面计算受压弹簧的刚度:

1打开零件.

打开SolidWorks 零件：弹簧副本。

弹簧的有效长度为方便加载约束与载荷，我们在弹簧的两端分别加上一个圆盘。

相应地，两圆盘间的距离为弹簧未受压时它的有效长度。

2创建研究名称.

进入COSMOSWorks, 然后创建一研究名称，取名为spring

stiffness。 (静态分析，实体网格)

3回顾材料属性.

材料的属性(合金钢)可由SolidWorks中转移过来。

4加载固定约束.

在1号圆盘的底面施加一固定约束。

5施加径向约束.

在2号圆盘的柱面上

沿径向施加一径向约

束。

该约束使得弹簧仅能

沿轴向压缩（或伸

长）。

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第七章：吸振器的应力分析6加载压力.

现在，在承受柱面径向约束的圆盘（2号）的底面施加1N的压

力。

7网格划分与分析运行.

8得出z向位移.

得到的位移结果显示：

轴向位移为3.8 mm，

且沿着z轴方向。

受压刚度因此，该弹簧的受压刚度为 260 N/m。(k = f/x)

在下一个模型中，我们用上述结果来定义弹簧连接器，即f = kx，

其中，k=260 N/m。

分析吸振器装置为了分析此吸振器装置:

9打开组件.

打开文件名为shock的组件, 并去掉螺旋状弹簧 (零件文件为

Front Spring)。

10创建研究名称.

创建一名为mesh1的研究模型。 (静态分析，实体网格)

11施加固定约束.

在激振管（1）中的孔眼侧面上

施加一固定约束。

该约束完全限制了激振管部件。

12施加径向约束.

在振动活塞的细杆（2）端部的孔眼侧面上，施加径向约束。

COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual 第七章：吸振器的应力分析

13抑制旋转.

现在，振动活塞可以在激振管中进出滑动；当然，它还能旋转。

为了限制旋转，我们可以沿着孔眼所在的平面（3）的法向施加

一约束。

约束的类型取为在平面上。

刚体模式在上述3个约束下， 该装置模型只剩下了一个刚体运动。由于振

动活塞与激振管并不相连，所以活塞可以在管道中进出滑动。

我们用一弹簧连接器把两者联结起来。

为了联结振动活塞与激振管:

14定义弹簧连接器.

右击“载荷/约束”按钮，并

选择连接器。

从所有可得到的连接器类型清单

中选择弹簧。

如图所示，指定激振管（1）上

所选择的面作为组件1的平面；

而振动活塞（2）上的面则作为组件2的平行平面。

注意：选择哪个面作为平面或平行平面并不重要。

在刚度菜单中，选择总体，输入法向刚度260 N/m。这样，激振

管与振动活塞就联结在一起了。

单击确定。

15在振动活塞上加载力的作用.

在振动活塞的耳根部，内柱面的

分裂面上沿杆的方向作用一10N

的载荷。

该载荷作用于平面的法向。

16网格划分.

选择默认单元尺寸 (1.71 mm)进行网格划分。

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第七章：吸振器的应力分析17运行分析.

运行分析，注意到求解

器发出有关大位移的警

告信息。

单击 No.

大位移警告这种情况下，我们忽略了警告是因为大位移是由弹簧连接器所产

生的弹性引起的。位移，更确切的说，整个装置组件的变形是非

常小的。

你可以在考虑或不考虑大位移接触/连接器激活标记下进行对比

求解，以验证两者的求解结果相同。

18创建 von Mises 应力图.

右击图解1，选择 设置，

并选择一边缘的离散类型。

网格太粗糙了？注意，不论模型、载荷或者约束是否几乎完全的轴对称，应力集

中将会出现不均匀。

这种情况说明，我们需要更为精优的网格来处理应力梯度较大的

区域。

选用精优的网格

进行分析

19创建新的分析模型.

创建一新的分析模型mesh2，并将mesh1复制到mesh2中。

20应用网格控制.

在出现最高应力的带状面上添加网格控制。

网格控制选择默认值 (0.86 mm)。