基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析
基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的接触仿真研究
(３)
其中:λ＝HD２０;ξ＝HS０,S 为弹簧最大静载荷下的最大 静
耦合垂向位移,并施加最大垂向位移(１１８．０４５mm).
挠度,S＝KP垂 .
将相 关 数 据 代 入 式 (２)、式 (３)计 算 得:K横 ＝
５１．１０N/mm.
图 ３ 垂 向 力 与 垂 向 位 移 的 关 系
������ ６１ ������
ìïï σ＝ξîíïïξ－１＋
１
λ
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．
施 加 固 定 约 束 ;选 取 模 型 顶 端 平 面 所 有 节 点 ,耦 合 垂 向
位移并施加一定的 垂 向 力. 共 进 行 ５ 次 运 算,并 对 得
到的垂向力和垂向位 移 进 行 一 次 拟 合,得 到 垂 向 力 与
垂 向 位 移 的 关 系 ,如 图 ３ 所 示 .
由图３可以得出该直线 的 斜 率 为 １１８．１７,即 该 弹
１ 计 算 模 型 该车辆转向架一系弹簧材料为６０Si２CrVAT 钢,材
料密度为７８００kg/m３,弹性模量 E＝２０６GPa,泊松比 为０．３,其几何参数为:弹簧簧丝直径d＝２１．６mm,弹簧 中径 D２＝１３４mm,总圈数n１＝９,有效圈数n＝７．２,自 由高度 H０＝３５５．７２mm,最大静载荷 P＝１２６８３N.
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析
基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析多股螺旋弹簧是一种常见的弹性元件，广泛应用于机械、汽车、电器等领域中。
以ANSYS为工具，对多股螺旋弹簧进行有限元分析，可以对其设计及优化提供有效的参考与支持。
首先，构建多股螺旋弹簧的三维有限元模型。
根据弹簧的几何参数、材料力学参数和工作条件等信息，选用ANSYS的建模工具进行三维建模，并设定合适的边界条件和荷载条件。
在建立有限元模型时，要注意弹簧的真实形态和装载方式，并合理划分网格，以保证有限元模型的准确性和稳定性。
然后，进行多股螺旋弹簧的静态力学分析。
根据弹簧的工作条件和载荷情况，分别对弹簧的应力、位移、变形等静态特性进行分析和计算。
在分析时，可以通过改变弹簧的材料和结构参数，对其静态特性进行改善和优化。
比如，可以选用高强度材料或改变弹簧的钢丝直径、扭簧半径等参数，以提高弹簧的抗压性能和疲劳寿命等特性。
最后，进行多股螺旋弹簧的动态力学分析。
根据弹簧的工作状态和作用频率，分别对其自由振动频率、谐振响应、阻尼特性等动态特性进行分析和计算。
在分析中，需要考虑弹簧的非线性特性和各种干扰因素，以保证分析结果的准确性和可靠性。
综上所述，基于ANSYS的多股螺旋弹簧有限元分析，可以全面有效地评估和优化弹簧的静态和动态力学特性，提高其设计和制造质量，为实际工程应用提供有力的支持。
多股螺旋弹簧的有限元分析需要考虑的数据包括弹簧的几何参数、材料力学参数、荷载条件和边界条件等。
几何参数包括螺线圈数、螺旋角、弹簧直径、钢丝直径、螺旋圈高、扭簧半径等。
这些参数直接影响弹簧的力学特性和寿命，对其性能评估和优化具有重要影响。
比如，增加螺线圈数会使弹簧更柔软，但增大直径会使其更硬；增加钢丝直径会增加强度，但也会增加质量和成本。
材料力学参数包括弹簧的材料密度、弹簧系数和屈服强度等。
这些参数反映了弹簧材料的特性，直接影响弹簧的抗拉、抗压能力和疲劳寿命等。
比如，增加屈服强度会使弹簧更耐用，但也会增加制造成本。
基于ANSYS的压簧力学性能分析
为了真实准确地反映弹簧的力学结构在proengineer中一般使用螺旋扫描生成实体来描述弹簧这样得到的弹簧在外形上和实际弹簧很接近但其力学性能和实际的弹簧相比有何差别对其进行的模拟能否反映工作状态的弹簧等问题却一直没有定论
科研探索
与 知识创新
基于 ANSYS 的压簧力学性能分析
□ 杨群辉[1] 刘硕刚[2] 郭 伟[1]
在结构设计中， 弹簧的应用十分广泛， 机车车辆中大量使 用螺旋压缩圆弹簧。螺旋弹簧的刚度对机车车辆的运行稳定 性、 安全性和曲线通过性能产生显著影响， 因此刚度计算的精 度十分重要。确定螺旋压缩圆弹簧刚度的方法很多，大多数 是将弹簧简化为等效的等截面弹性直杆， 修正计算系数， 计算 得到刚度。该方法的缺点是弹簧本身并不是弹性直杆，故该 方法并不能模拟弹簧两端的切口的弹性性能，也不能计算出 精确的弹簧刚度，因此机车车辆系统动力学分析结果存在较 大的分析误差。 为了真实准确地反映弹簧的力学结构， Pro/ENGINEER 在 中一般使用螺旋扫描生成实体来描述弹簧，这样得到的弹簧 在外形上和实际弹簧很接近，但其力学性能和实际的弹簧相 比有何差别，对其进行的模拟能否反映工作状态的弹簧等问 题却一直没有定论。 本文利用 ANSYS 分析软件， 分析了压簧 的载荷－变形情况且计算了其自振频率， 以助于解决此问题。 1 压簧的有限元静力分析 1.1 压簧模型的创建 利用 Pro/ENGINEER 中的螺旋扫描功能生成一个实体， 模拟弹簧。 弹簧的参数设置如下： 长度为 80mm， 中径为 30mm， 材料直径为 5mm， 螺距为 10mm， 弹簧有效圈数为 8， 并在弹簧 的上下两端面各加一个平板， 以便在 ANSYS 下添加约束和载 荷。模型如图 1 所示。
基于ANSYS Workbench的扭转弹簧疲劳寿命分析
基于ANSYS Workbench的扭转弹簧疲劳寿命分析时宏森】，杨涛1，唐超】，蔡大静】，陈强2(1.贵州航天林泉电机有限公司，贵州贵阳550081$.国家精密微特电机工程技术研究中心，贵州贵阳550081)摘要：扭转弹簧是一种利用材料的弹性来工作的机械零件，一般用弹簧钢制成，是一种机械蓄力结构,用以控制机件的运动、缓和冲击或震动、存储和释放能量、测量力的大小等，广泛应用于坦克、汽车、摩托车、收割机等地面装备的传动扭力杆及减震结构。
扭转弹簧属于螺旋弹簧，扭转弹簧的端部被固定在其他组件上,当其他组件绕着弹簧中心旋转时,弹簧产生扭矩或旋转力，有将它们拉回到初始位置的趋势。
根据应用要求，可以设计扭转弹簧的旋向(顺时针或逆时针),弹簧的末端可绕成钩状或直扭转臂。
弹簧的工作寿命一般在104〜105以上，一般来说属于长寿命机械零件，失效模式属于高周疲劳。
基于有限元软件ANSYS Workbench仿真分析某扭转弹簧的疲劳寿命，并结合实物试验进行对比分析，验证理论计算的准确性，形成一套疲劳寿命计算方法。
关键词：疲劳；寿命；扭转弹簧；仿真；实物试验;ANSYS Workbench中图分类号:V19文献标志码：AFatigue Life Analysis of Torsion Spring based on ANSYS WorkbenchSHI Hongsen】,YANG Tao1,TANG Chao1,CAI Dajing1,CHEN Qiang2(1.Guizhou Aerospace Linquan Motor Co.,Ltd.,Guiyang550081,China； 2.National Engineering ResearchCenter for Small and Special Precision Motors,Guiyang550081,China) Abstract:Torsion spring was a kind of mechanical part which used the elasticity of material for working.It was gener-aly madeofspringsteelandwasakindofmechanicalstoragestructure whichwasusedtocontrolthemovementofthema-chineparts mitigatetheimpactorvibration storeandreleaseenergy and measure the force Soitwaswidelyusedinthe transmissiontorsionbaranddampingstructureoftank automobile motorcycle harvesterandothergroundequipment Torsionspringbelongedtocoilspring andtheendoftorsionspring wasfixedtoothercomponents Whenothercompo-nentsrotatedaroundthespringcenter thespringproducedtorqueorrotationforce which tended to pul them back to the originalposition Accordingtotheapplicationrequirements therotationdirectionofthetorsionspringcouldbedesigned (clockwiseorcounterclockwise)andtheendofthespringcouldbewoundintoahookorastraighttorsionarm Generaly speaking,the working life of spring was more than104〜105.It belonged to long-life mechanical parts,and the failure modebelongedtohighcyclefatigue BasedonthefiniteelementsoftwareANSYS Workbench thefatiguelifeofatorsion spring wassimulatedandasetoffatiguelifecalculation method wasformedbycomparingandanalyzingtheactualtestto verifytheaccuracyoftheoreticalcalculationKeywords:fatigue life torsionspring simulation actualtest ANSYS Workbench疲劳寿命试验是一项耗时、耗资的大型试验,时间周期长、子样数量大、数据处理复杂是疲劳寿命试验的主要特点,对机械产品的每一个零件都开展疲劳寿命试验显然是不现实的’根据材料疲劳理论,结合电子计算机及有限元技术的发展,可以通过虚拟仿真试验确定产品零件的疲劳寿命。
基于ANSYS的悬架弹簧疲劳寿命仿真及优化
基于ANSYS的悬架弹簧疲劳寿命仿真及优化袁小慧【摘要】Aiming at the problem of failure of automobile suspension spring.In this paper,the vehicle suspension coil spring was used as the research object,the 3D software was used to establish the model.The road incentives from washboard road,fish pit road and twisted road was used as the load.ANSYS software was used to make fatigue analysis,the minimum time of spring's cycle life was 1.9975e5.It is calculated that the safe driving distance is about 99 thousand and 800 kilometers which the car can ensure the most dangerous part of the spring is not cracked or fractured.After optimization of the structure size of the spiral spring,the minimum time of spring's cycle life was 2.02e5,the safe driving distance is about 101 thousand kilometers.The fatigue life has been improved compared with before.%针对汽车悬架弹簧疲劳破坏的问题,以国内某品牌轿车悬架螺旋弹簧为研究对象,使用三维建模软件建立三维模型.以搓板路,鱼鳞坑路,扭曲路三种混合路面的激励信号为载荷,使用ANSYS软件进行疲劳分析,得到该弹簧在该复合路面激励下最小的周期寿命为1.9975e5次,计算得到汽车能够保证弹簧最危险部位不产生裂纹或者断裂的安全行驶距离约为9.98万公里.对该螺旋弹簧进行结构尺寸上的优化,再分析后最小周期寿命为2.02e5次,最大里程数为10.1万公里,相比优化前疲劳寿命得到了提高.【期刊名称】《佳木斯大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(036)003【总页数】3页(P390-392)【关键词】螺旋弹簧;汽车悬架;疲劳分析【作者】袁小慧【作者单位】西安航空学院车辆工程学院,陕西西安 710077 ;西安航空学院汽车检测工程技术研究中心,陕西西安710077【正文语种】中文【中图分类】TH1360 引言在汽车悬架结构系统中，螺旋弹簧主要承担两大任务：承受由于路面不平对车身的冲击载荷以及对车身起支撑作用[1]。
基于ANSYS的汽车悬架螺旋弹簧有限元分析
体 传动控制 ，２ ０ ，５（ ０６ ３）：４ —６ ４４ 【１１ ． １ －． 体的 ＣＡＤ及 其有限元分析 ［ ．山 东 ： ２￣１ Ｑ４ Ｆ １６ 影 Ｄ】
于球面法向移动 ， 而后平面两端弯曲与球面接
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｔｈ ｔｅ ｓｄ ｓｒｂ ｔｏ ｆａｖ ｈｃ ｅｓ ｓ ｅ ｉｎｈ ｌｃ ｌ ｐ ｉｇ ｉ ｎ ｌ ｚ ｄｂ ｓ ｄｏ ｔａｔ ｅｓｒ ｓ ｉｔｉｕ ｉ ｎｏ ｅ ｉｌ ｕ ｐ ｎｓｏ ｅ ｉａ ｒｎ ａ ａｙ ｅ ａ ｅ ｎＡＮ Ｓ Ｆ ｓ ｆｗ ａｅ ｓ ｓ Ｙ Ｅ ｏ ｔ ｒ ｉ ｈ ｓｐ ｐｅ， ｎ ｈｅｒ ｓ ｔｓ ｏ ｓｔ ａ ｈ ａ ｔｅ ｓｉ ｈ ｎｓｄ ｅ ｉｌ ｕ ｐ ｎ ｉ ｎ ｈ ｌｃ ｌ ｐ ｉｇ ｉ ａｇ ｒ ｎｔ ｉ ａ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｕｌ ｈ ｗ ｈ ｔｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ｎ ｔ ｅ ｉ ｉ ｅｏｆａｖ ｈｃ ｅｓ ｓ ｅ ｓｏ ｅｉａ ｒｎ ｓｌｒ ｅ ｓ ｔ ｎｔ ｅｏ ｔｉｅ ｔ ｅｌｃ ｔｏ ｆｔｅｍ ａ ｉ ｕ ｈ ａ ｔｅ ｓｗｉｌ ｈ ｎ ｅｗ ｉ ｅｌ ａ ｈ ｎ ｅ ； ｅｍ ａ ｉ ｍ ｈ ａ ｈａ ｕ ｓｄ ； ｈ ａｉ ｎｏ ｈ ｘ ｍ ｍ ｓ ｅ ｒｓｒ ｓ ｌ ｃ ａ ｇ ｔ ｔ ｏ ｄｃ ａ ｇ ｓｔ ｘ ｍｕ ｓ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈｈ ｈ ｓｒ ｓ ｃ ｕ ｒ ｔｔ ｅ ｍ ｕｌ ｐ ｅ ｆ ０５ ｃ ｃｅ ｆａ ｖ ｈ ｃｅ ｓ ｐｅ ｓｏ ｅｉａ ｐ ｉｇ．Ｔｈ ｅｈ ｄ ｐｒ ｖ ｄ ｓ ａ ｔｅ ｓ ｏ ｃ ｒｓ ａ ｈ ｔ ｌｓ ｏ ． ｙ ｌ ｓ ｏ ｅ ｉｌ ｕｓ ｎ ｉｎ ｈ ｌｃ ｌｓ ｒｎ ｉ ｅ ｍ ｔｏ ｏ ｉｅ ｃ ｎ ｅ ｅ ｔ ｉ ｔ ｉ ｖ ｎ ｅｉｂｌ ｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｒ ｆｒ ｎ ｅｍ ａｅ ｉｌ ｏ ｈ ｐ ｉ ａ ｅ ｉ ｎｏｆｃ ｌ ｒｃ ｌ ｅｉａ ｏ ｖ ｎｉｎ ， ｎ ｕｔ ｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｉ ａ ｅｍ ｔ ｏ ｎ ｅ ｅ ｅ ｃ ｔｒａｓｆ ｒｔ ｅｏ ｔｍ ｌｄ ｓｇ ｙ ｉ ｉａｌ ｈ ｌｃ ｌ ｎｄ ｙ ｓ ｒｎ ． ｐ ｉ ｇ Ｋ ｅ ｏ ｄｓ ｖ ｈ ｃｅＳｕ ｐｅ ｓｏ ｙｗ ｒ ： ｅ ｉ ｌ ｓ ｎ ｉ ｎ： ｈ ｌ ａ ｐ ｉｇ： ＡＮ Ｓ Ｓ： ｓｒ ｓ ｅｉ ｌ ｒｎ ｃ ｓ Ｙ ｔｅ ｓ
基于ANSYS加筋圆柱壳结构强度分析研究的开题报告
基于ANSYS加筋圆柱壳结构强度分析研究的开题报告一、研究背景及意义随着人们对科技的需求不断提高，机械工程领域的研究和应用也得到了迅猛发展。
加筋圆柱壳结构是机械领域中广泛应用的结构形式，其具有结构简单、刚度高、承载能力强等优点，是一种重要的结构形式。
然而，加筋圆柱壳结构在实际应用中也面临着许多问题，如强度不足、振动过大等问题。
因此，对加筋圆柱壳结构的强度进行深入的研究，对于提高其设计和制造水平，改善其工作性能具有重要意义。
二、研究内容本研究拟以ANSYS软件为工具，以某型号加筋圆柱壳结构为研究对象，进行强度分析和优化设计。
具体研究内容如下：1.建立加筋圆柱壳结构的有限元模型，通过ANSYS软件进行优化网格划分，确保模型精度。
2.对加筋圆柱壳结构进行力学分析，计算出其载荷、应力、位移等参数。
3.依据分析结果，对加筋圆柱壳结构的强度进行评估，查找其可能存在的弱点和薄弱环节。
4.针对强度不足的问题，推导出加筋圆柱壳结构的优化设计方案，通过数值模拟验证其有效性。
三、研究方法及技术路线本研究主要采用数值模拟的方法，将加筋圆柱壳结构建模为有限元模型，通过ANSYS软件进行力学分析和模拟计算，得出该结构的应力、位移和动态特性等关键参数。
根据计算结果，通过开展优化设计，提升加筋圆柱壳结构的强度和稳定性。
具体的技术路线如下：1.加筋圆柱壳结构的建模。
采用SolidWorks软件对加筋圆柱壳结构进行三维建模，并实现模型的几何体参数化。
2.有限元分析。
将建立的几何模型导入ANSYS软件中，进行网格划分、载荷边界设置等操作，进行有限元分析。
3.分析结果评估。
计算出加筋圆柱壳结构的应力、位移、振动等参数，通过评估分析结果，找出其强度弱点，并提出优化设计方案。
4.优化设计。
根据评估结果拟定优化方案，对加筋圆柱壳结构的强度和承载能力进行提升。
5.数值模拟验证。
采用ANSYS软件对优化设计方案进行数值模拟验证，验证方案的有效性和可行性。
影响圆柱螺旋弹簧疲劳寿命的因素分析
译文：影响圆柱螺旋弹簧疲劳寿命的因素分析[摘要]为提高圆柱螺旋弹簧疲劳强度，从消除、减小疲劳破坏的外因及内因入手，合理设计零件参数与材料是完全必要的。
在加工制造时合理安排工艺流程，保护和提高弹簧表面状态，严格控制热处理过程，使之基体得到强化。
采用抛丸处理等表面强化手段，使弹簧表面获得对提高疲劳极限有利的压应力，同时消除产生裂纹源的表面缺陷，达到提高疲劳寿命之目的。
[关键词]疲劳强度疲劳寿命金相组织裂纹表面强化一、概述弹簧作为储能和减震零件，被广泛用于各种机械设备中，随着这些机械设备对高可靠性的要求，对其使用的弹簧疲劳强度及稳定性提出了更高要求。
要求弹簧制造厂从设计、制造、热处理、表面处理等过程加以控制，确保弹簧的可靠性。
笔者将多年从事机械制造、热处理实际工作的经验与大家分享，以期对读者提高弹簧设计、制造工艺有帮助。
二、疲劳强度的影响因素疲劳强度的影响因素很多，这里只对与设计、制造有关的因素进行探讨。
（一）材料表面粗糙度的影响交变载荷下金属不均匀滑移主要集中在金属的表面，使疲劳裂纹常常产生在表面上，所以材料表面粗糙度对疲劳强度影响很大。
表面划伤、裂纹都会产生应力集中，使疲劳强度下降。
因此材料表面粗糙度的影响应引起重视。
（二）表面强化及表面应力的影响螺旋弹簧不管是受压或受拉，其承受的应力主要是扭转应力，在弹簧的内表面，应力最大。
因此，采用表面强化，使弹簧表面残余应力为压应力对提高疲劳极限很有利。
表面强化提高疲劳极限的原因在于：表面强化后不仅直接提高了表面层强度，从而提高了表面层的疲劳极限，而且由于强化层的存在，使表层产生压应力，这样就降低了表面层的拉应力，使疲劳裂纹不易产生和扩展。
（三）材料合金成分及组织的影响弹簧材料成分和组织对疲劳极限的影响主要表现在对强度、热处理工艺性、晶粒大小的影响上。
材料成分中影响疲劳极限的主要元素是碳，碳含量的增加，淬火回火后的硬度及强度提高，其疲劳极限也提高。
而合金元素对疲劳极限的影响主要是通过提高钢的淬透性及改善钢的韧性来实现的。
基于ANSYS的非线性弹簧CAE分析
（研究生课程论文）汽车CAD/CAE论文题目：对线性/非线性弹簧的计算机辅助设计及分析指导老师：熊欣学院班级：车辆A1101学生姓名：张劼学号：10497211021002011年12 月汽车CAD/CAE——对线性/非线性弹簧的计算机辅助设计及分析张劼（武汉理工大学汽车工程学院；车辆工程A1101班；1049721102100）摘要：基于CAD软件CATIA和有限元分析软件ANSYS，对一组线性/非线性弹簧进行计算机三维设计和力学分析。
首先对传统线性弹簧进行分析，利用了材料力学经典公式和ANSYS分析两种方法；然后对与传统弹簧等中径的变截面变螺距弹簧进行研究。
分析结果表明：所设计的非线性弹簧，其刚度具有明显的非线性特性，总体刚度明显大于线性弹簧，应力分布也优于线性弹簧。
关键词：CAD/CAE；有限元分析；非线性弹簧Abstract:This paper designs a couple of linear/nonlinear springs with CAD software CATIA and analyses them with CAE tool ANSYS. For the linear spring, two methods are used to analyze: the classic material mechanics formula and the analysis by ANSYS. For nonlinear spring, the section and pitch are designed changeable to realize the nonlinear function. The analysis result shows that the nonlinear spring has a clear nonlinear performance; the stiffness is totally larger than linear spring’s; and the distribution of stress is better than linear spring’s.Keywords: CAD/CAE; FEA; nonlinear spring1.引言1.1 汽车悬架中弹簧的应用悬架系统是现代汽车的重要组成部分，它对汽车的乘坐舒适性、操纵稳定性等有很大的影响。
圆柱螺旋弹簧端面接触形式对其疲劳寿命的影响毕业论文[管理资料]
![圆柱螺旋弹簧端面接触形式对其疲劳寿命的影响毕业论文[管理资料]](https://img.taocdn.com/s3/m/68453e10910ef12d2bf9e7b3.png)
毕业设计(论文)题目圆柱螺旋弹簧端面接触形式对其疲劳寿命的影响学生姓名xx专业班级xx所在院系xxxx学院指导教xx职称x教授所在单位xxxxxx摘要随着铁路跨越式发展，近年来，各弹簧厂在工装制备、质量保障体系、制造工艺等各方面均有长足的进步，产品质量有了很大的提高，为延长弹簧质量保证期奠定了技术基础。
目前执行《铁路货车转向架圆柱螺旋弹簧技术条件》，铁路货车转向架圆柱螺旋弹簧保质期为9年（一个厂修期），弹簧疲劳试验次数为300万次。
转K2弹簧是火车转K2型转向架上的重要配件。
它主要起承载、减振作用，是保证火车正常运行、避免灾难性事故发生的重要配件。
因此，提高弹簧的质量无疑是十分重要的。
但是，弹簧的过早断裂、磨损、腐蚀、弹力不足（松弛）及变形等失效，也是经常发生的。
很显然，在上述各种失效中，以突然脆断所造成的危害性最为严重。
本课题通过运用试验检验分析及CAE有限元计算分析的方法，对铁路转向架弹簧失效进行对比分析，主要研究了弹簧端圈结构形式对弹簧端圈与相邻有效圈间工作接触应力的影响，提出弹簧端圈可靠性设计方案。
因此，制造工艺对端面接触形式的复检非常严格，不符合支撑圈的弹簧绝不能生产。
通过对弹簧的各种疲劳断裂的原因分析，找出影响弹簧疲劳寿命的因素。
有加热温度、装炉料、淬火温度、介质的选择、回火温度等，因此制造工艺都有明确的规定。
本论文通过对弹簧端面接触形式的研究得出，碾尖尖部应尽量与弹簧的螺旋升角一致，并且尖部应平整圆滑，避免弹簧工作时发生局部点接触。
找出合理的端面接触形式能提高弹簧的使用寿命，因此在制造工艺中也对其做了明确的规定。
关键字：圆柱螺旋弹簧；端面接触形式；疲劳寿命；碾尖ABSTRACTWith the railway by leaps and bounds in recent years, each spring plant preparation in all aspects of tooling, quality assurance systems, manufacturing processes have made great progress, product quality has been greatly improved, in order to extend the period of spring to lay the technical quality assurance foundation. Currently running "railway wagon bogies helical springs and technical conditions", railway wagon bogies helical springs shelf life of 9 years (a factory warranty period), spring fatigue testing frequency is 300 million times. Spring is the turn of K2 on K2 bogie train an important accessory. It is mainly from the hosts, damping effect, is to ensure the normal operation of the train to avoid the important parts of a catastrophic accident. Therefore, to improve the quality of the spring is undoubtedly very important. However, premature spring break, wear, corrosion, lack of elasticity (relaxation) and deformation failure is a common occurrence. Obviously, in the above fail, the danger of a sudden to brittle fracture caused by the most serious. Approach this subject through the use oftests and test analysis CAE finite element analysis of railway bogie spring failure were analyzed, studied the influence of the spring form ring structures work side contact stress between adjacent active spring end ring and ring, proposed spring end ring reliability design. Therefore, the manufacturing process for face contact in the form of re-examination is very strict, does not comply with the spring support ring must not be produced. Through a variety of reasons spring fatigue fracture analysis to identify factors that affect the fatigue life of the spring. Heating temperature, loading charge, quenching temperature, the medium of choice, tempering temperature, so the manufacturing process are clearly defined. In this paper, a local point of contact occurs through the study of spring come face contact form, grind the Ministry should be consistent with the sharp spring helix angle, and the tip should be smooth and sleek, avoid spring work. Contact form to find reasonable end face can improve the life of the spring, so the manufacturing process is also made clear its provisions.Keywords:helical springs; face contact form; fatigue life; grind tip第一章绪论弹簧是一种利用材料特性和结构特点，在工作中通过较大的变形储存和释放能量的一种机械零件。
某型圆柱螺旋弹簧设计与疲劳寿命分析
关键 词 ：圆柱螺 旋弹 簧 ；理论 校核 ；疲 劳寿命 ；ＭＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ
中图分类 号 ：ＴＨ１３５．１
文献标 志码 ：Ｂ
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍ ｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ
ＬＩ Ｙｕａｎ ，ＬＩ Ｍｉｎｇ ，ＹＵＡＮ Ｊｉｅｈｏｎｇ
Ｂｒａｎｃｈ Ｃｏ．，Ｚｏｏｍｌｉｏｎ Ｈｅａｖｙ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏ．，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１０２０５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ ｉｓ ａ ｋｅｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｏｆ ａ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ，ａｎｄ ｉｔｓ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ａｆｆｅｃｔｓ ｔｈｅ ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ． Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｌｏａｄｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ａｎｄ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｒｅ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ ｃｈｅｃｋｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｄｅｓｉｇｎ ｒｕ ｌｅｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｍｏｓｔ ｄａｎｇｅｒｏｕｓ ｎｏｄｅ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ＭＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｒｉｎｇ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｆａｔｉｇｕｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍ ｅｎｔｓ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ ｈｅｌｉｃａｌ ｓｐｒｉｎｇ；ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃｈｅｃｋ；ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｆｅｔｉｍｅ；Ｍ ＳＣ Ｆａｔｉｇｕｅ
轿车悬架弹簧有限元分析
轿车悬架弹簧有限元分析作者：鲁言辉来源：《好日子（下旬）》2018年第03期摘要：本文通过大型有限元分析软件ANSYS对悬架螺旋弹簧进行全面的有限元分析。
利用ANSYS Workbench的静力分析分析悬架弹簧在最危险状况下的应力分布状态以及螺旋弹簧各个部分的变形情况；通过有限元疲劳分析的到悬架弹簧的最大损伤的位置。
经过以上分析，不但确定了悬架弹簧刚度和强度的合理性，同时也能得到螺旋弹簧在整个受力过程中的受力变形情况及最大损伤出现的位置，为以后对螺旋弹簧的优化设计及研究分析提出可行性建议及依据。
关键词：悬架弹簧；有限元分析；应力引言近年来，我国的私家車越来越多。
为保证轿车行驶的性能，悬架弹簧的作用显得尤为重要。
目前，轿车悬架螺旋弹簧应用较为广泛。
而螺旋弹簧分为圆柱螺旋弹簧及锥截面螺旋弹簧。
锥截面螺旋弹簧的圆锥角越大，弹簧的刚度变化越大，自振频率的变化越高，对于消除和缓冲共振越有利。
但是锥角越大，材料的利用率越低，达到一定程度，弹簧甚至会发生自锁而不能回弹。
因此，圆柱螺旋弹簧以其结构简单、本身质量小、纵向安装空间不大、无需润滑等优点被轿车广泛应用。
本文选择轿车悬架圆柱螺旋弹簧进行有限元分析。
轿车悬架弹簧作为汽车底盘悬架的关键零件之一，它与轿车行驶的安全性、乘坐的舒适性和车体对复杂路面的适应性密切相关，良好的汽车悬架弹簧是保障汽车运行性能的关键因素之一。
准确的预测了解悬架弹簧的寿命和损伤对弹簧的应用具有重大意义。
1、悬架螺旋弹簧三维模型的建立本文以马自达轿车的悬架螺旋弹簧为研究分析对象，其弹簧外径D1=115.5mm，弹簧内径D2=83.5mm，自有高度H0=320mm，标准编号A01-34-001，钢丝直径16mm，节距t=15mm，旋向为右旋，螺旋角tanα=t/πd。
过Creo三维造型保存副本另存为**.stp格式。
打开ANSYS Workbench中的DM平台，将**.stp文件导入即可。
2、悬架螺旋弹簧有限元模型的网格划分有限元模型网格划分的质量与计算精度有着密切关联。
基于ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析
基于ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析ANSYS Workbench 对渐开线直齿圆柱齿轮接触疲劳寿命分析随着工业技术的发展，机械传动的要求也越来越高，其中齿轮传动作为一种重要的机械传动方式，其性能要求也更加苛刻。
齿轮传动在使用过程中，由于长时间受到外界力的作用，很容易出现接触疲劳问题，从而影响其正常工作。
因此，如何预测齿轮接触疲劳寿命，对于提高齿轮传动的可靠性，具有重要的意义。
渐开线直齿圆柱齿轮是一种传动效率高、噪音小、负载能力强的齿轮。
为了准确预测其接触疲劳寿命，我们可以使用ANSYS Workbench来进行分析。
首先，在ANSYS Workbench中建立一个3D的渐开线直齿圆柱齿轮模型，确定齿轮的几何参数和材料属性，在模型中加入齿形偏差和存在底隙等实际工作条件，再定义边界条件、力和载荷。
接下来，我们使用ANSYS中的逐步荷载分析方法，模拟齿轮在连续负载中的应力、应变和位移等变化情况。
然后，通过霍尔曼准则计算渐开线直齿圆柱齿轮的接触应力、接触疲劳极限和疲劳指数等参数，进而预测其接触疲劳寿命。
同时，为了保证分析结果的准确性，在分析过程中我们还需要考虑一些影响因素。
例如，在定义材料属性时，需要考虑其疲劳性能和断裂模式。
在模拟载荷和边界条件时，需要确保其与实际工作条件相匹配，并考虑齿轮工作时的动态因素。
最终，通过ANSYS Workbench对渐开线直齿圆柱齿轮的接触疲劳寿命进行分析，可以预测出齿轮在不同负载条件下的疲劳寿命，分析出齿轮的疲劳寿命与设计的安全寿命之间的差距，进而优化齿轮的设计方案，提高其可靠性和寿命。
总之，ANSYS Workbench作为一款常用的FEM软件，能够提供准确的齿轮接触疲劳分析，对于提高齿轮传动的性能、可靠性和寿命，具有很大的作用。
对渐开线直齿圆柱齿轮进行接触疲劳寿命分析时，需要收集并分析一些相关数据，以确定齿轮的材料属性、载荷、边界条件等因素。
F1赛车悬架螺旋弹簧基于ANSYS Workbench的静力学分析
F1赛车悬架螺旋弹簧基于ANSYS Workbench的静力学分析摘要：有限元法作为计算机辅助工程的主要手段之一，在汽车产品数字化开发过程中取得了广泛应用。
在对整车结构进行力学性能分析过程中，悬架系统的建模和模拟十分关键。
汽车悬架式变化较多，包含转动、滑动等多种运动关系。
二、研究对象针对上面我们建模的麦弗逊悬架和双横臂悬架，我们来进workbench静力学分析。
麦弗逊式独立悬架是车轮沿摆动的主销轴线移动的悬架，筒式减振器的上端用螺栓和橡胶垫圈与车身连接，减振器缸筒下端固定在转向节上，转向节通过球铰链与横摆臂连接。
车轮所受的侧向力通过转向节大部分由横摆臂承受，其余部分由减振器承受。
螺旋弹簧套在筒式减振器的外面，主销的轴线为上下铰链中心的连线。
当车轮相对车身上下跳动时，因减振器的下支点随横摆臂摆动而作圆弧运动，故主销轴线的内倾角是变化的。
双横臂式独立悬架按上下横臂是否等长，又分为等长双横臂式和不等长双横臂式两种悬架。
等长双横臂式悬架在车轮上下跳动时，能保持主销倾角不变，但轮距变化大(与单横臂式相类似)，造成轮胎磨损严重，现已很少用。
对于不等长双横臂式悬架，只要适当选择、优化上下横臂的长度，并通过合理的布置，就可以使轮距及前轮定位参数变化均在可接受的限定范围内，保证汽车具有良好的行驶稳定性。
三.零件有限元建模对于以上两个模型，由我们小组的董韬负责建立完成，我将他构建的CATIA模型进行格式的转换，导入workbench中进行分析。
四.有限元划分网格及加载和后处理4.1 两种模型弹簧的静力学分析4.1.1 麦弗逊式独立悬架弹簧的静力学分析4.1.1.1网格划分网格划分是有限元前处理中的主要工作，也是整个有限元分析的关键工作。
网格划分的质量对计算结果产生相当大的影响。
下面说明网格划分的一般过程。
首先，选择网格划分的方法。
ANSYS 软件提供了三种基本的网格划分方法:映射网格划分，自由网格划分，以及混合网格划分方法。
某型圆柱螺旋弹簧设计与疲劳寿命分析
某型圆柱螺旋弹簧设计与疲劳寿命分析作者：李源李明袁杰红来源：《计算机辅助工程》2013年第03期摘要：圆柱螺旋弹簧是某型机械传动系统的关键部件，其设计的可靠性直接影响该结构的稳定和安全.首先对某型圆柱螺旋弹簧进行工况分析，进而基于机械设计原则对其刚度、强度进行理论校核，最后基于有限元应力仿真，在MSC Fatigue中计算出该弹簧最危险节点的寿命.所得结论表明设计弹簧的疲劳寿命满足疲劳可靠性的要求.关键词：圆柱螺旋弹簧；理论校核；疲劳寿命； MSC Fatigue中图分类号：TH135.1文献标志码：B0引言圆柱螺旋弹簧是机械系统常用的弹簧之一，其强度直接影响机械结构的稳定和安全，因此，弹簧疲劳强度及其寿命成为研究的重点.李红艳[1]采用ANSYS的APDL建立起螺旋弹簧的几何模型，对考虑弹簧座的螺旋弹簧强度进行分析；刘庆教等[2]以某型液压缸用弹簧为研究对象，采用理论分析及有限元分析方法，对复杂工况下某型液压缸用弹簧进行疲劳强度分析，分析弹簧疲劳寿命与安全因数；张明建[3]介绍一种基于恒寿命疲劳结合S-N曲线的简单方法，分析弹簧的疲劳寿命，为提高弹簧质量给出一些参考；绳义千等[4]和商跃进等[5]对机车圆柱螺旋弹簧进行研究，建立比较符合实际的压缩弹簧的三维有限元计算模型，并对压缩螺旋弹簧进行刚度、静强度分析，同时将试验结果与有限元分析结果进行比较，表明弹簧满足设计要求；钟文彬[6]介绍一种利用通用有限元软件求解圆柱螺旋弹簧刚度的计算方法；余东满等[7]指出传统机械设计的缺陷，结合现代机械设计理论，并基于应力和强度干涉模型，介绍圆柱螺旋弹簧疲劳强度的可靠性设计.在弹簧的设计过程中，弹簧钢材的自身特性是影响弹簧强度及其寿命的关键因素.[8]在实际使用过程中，弹簧的失效形式主要是疲劳破坏.本文以某型号圆柱螺旋弹簧为研究对象，运用MSC公司的系列软件，开展设计弹簧的理论校核和疲劳寿命的仿真分析，为弹簧的设计制造提供参考.1弹簧设计工况某机械系统中，圆柱弹簧运行工况分析见图1.O点为二位板活动板OABC的旋转中心，整个二位板活动板机构以O点为中心作旋转运动；A和O1点分别为弹簧的2个挂钩，B和C 点为活动板下表面的2个端点，BC为二位板活动板的初始位置，D点为活动板机构的质心点.以O点为圆心，分别以OA，OB，OC和OD为半径画圆弧，A，B，C和D点分别在各自所对应的圆弧上运动.当二位板活动板运动到终止位置时，活动板BC保持水平.活动板OABC初始由一个四杆机构推着向上运动一段，过弹簧力矩与板重力矩平衡位置，然后活动板OABC 由弹簧力矩拉到OA’B’C’位置，运动过程中弹簧从O1A运动到O1A’.4结论（1）极限工况下，圆柱螺旋弹簧的等效应力未超过材料的强度极限，可适当调整弹簧环绕比，以减缓应力集中.（2）圆柱螺旋弹簧的危险部位位于第一圈内侧，弹簧的最大危险节点22 977疲劳寿命为108次，满足设计要求.参考文献：[1]李红艳. 基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析[J]. 机械设计与制造，2010， 10（10）： 92-93.[2]刘庆教，王秀君，张虹源. 液压缸用弹簧疲劳强度分析及改进[J]. 工程机械， 2012，43（10）： 33-36.[3]张明建. 基于恒寿命疲劳结合S-N曲线的弹簧疲劳寿命分析[J]. 机械研究与应用， 2012（6）： 107-113.[4]绳义千，肖绯雄，张正远. 机车圆柱螺旋弹簧的有限元及试验分析[J]. 机车电传动，2010， 9（5）： 45-46.[5]商跃进，曹茹，戴蓉. 圆柱压缩螺旋弹簧三维静动态有限元分析与寿命预测[J]. 中国农机化， 2008（2）： 75-78.[6]钟文彬. 圆柱螺旋弹簧刚度特性的有限元分析[J]. 机械， 2011， 38（12）： 21-23.[7]余东满，李晓静，王朝龙，等. 圆柱螺旋弹簧疲劳强度的可靠性设计[J]. 机械设计与制造， 2007， 8（8）： 19-20.[8]张英会. 弹簧手册[M]. 北京：机械工业出版社， 2000.（编辑陈锋杰）。
细解Ansys疲劳寿命分析
细解A n s y s疲劳寿命分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21year.March2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元ANSYS Workbench 疲劳分析本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用:–使用者要先学习第4章线性静态结构分析.•在这部分中将包括以下内容:–疲劳概述–恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况–变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况–恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况•上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述•结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关•疲劳通常分为两类:–高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳.–低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。
塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。
一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算.•在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论.…恒定振幅载荷•在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起:–当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论.–否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷…成比例载荷•载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:•在两个不同载荷工况间的交替变化•交变载荷叠加在静载荷上•非线性边界条件…应力定义•考虑在最大最小应力值σmin和σmax作用下的比例载荷、恒定振幅的情况:–应力范围Δσ定义为(σmax-σmin)–平均应力σm定义为(σmax+σmin)/2–应力幅或交变应力σa是Δσ/2–应力比R 是σmin/ σmax–当施加的是大小相等且方向相反的载荷时,发生的是对称循环载荷. 这就是σm= 0 ,R = -1的情况.–当施加载荷后又撤除该载荷,将发生脉动循环载荷. 这就是σm= σmax/2 , R = 0的情况.…应力-寿命曲线•载荷与疲劳失效的关系，采用的是应力-寿命曲线或S-N曲线来表示:–若某一部件在承受循环载荷, 经过一定的循环次数后,该部件裂纹或破坏将会发展，而且有可能导致失效–如果同个部件作用在更高的载荷下,导致失效的载荷循环次数将减少–应力-寿命曲线或S-N曲线,展示出应力幅与失效循环次数的关系•S-N曲线是通过对试件做疲劳测试得到的–弯曲或轴向测试反映的是单轴的应力状态–影响S-N 曲线的因素很多, 其中的一些需要的注意，如下:–材料的延展性, 材料的加工工艺–几何形状信息,包括表面光滑度、残余应力以及存在的应力集中–载荷环境, 包括平均应力、温度和化学环境•例如,压缩平均应力比零平均应力的疲劳寿命长,相反,拉伸平均应力比零平均应力的疲劳寿命短.•对压缩和拉伸平均应力,平均应力将分别提高和降低S-N曲线.•因此,记住以下几点:–一个部件通常经受多轴应力状态.如果疲劳数据(S-N 曲线)是从反映单轴应力状态的测试中得到的,那么在计算寿命时就要注意•设计仿真为用户提供了如何把结果和S-N 曲线相关联的选择,包括多轴应力的选择•双轴应力结果有助于计算在给定位置的情况–平均应力影响疲劳寿命,并且变换在S-N曲线的上方位置与下方位置(反映出在给定应力幅下的寿命长短)•对于不同的平均应力或应力比值,设计仿真允许输入多重S-N曲线(实验数据)•如果没有太多的多重S-N曲线(实验数据),那么设计仿真也允许采用多种不同的平均应力修正理论–早先曾提到影响疲劳寿命的其他因素,也可以在设计仿真中可以用一个修正因子来解释…总结•疲劳模块允许用户采用基于应力理论的处理方法，来解决高周疲劳问题.•以下情况可以用疲劳模块来处理:–恒定振幅,比例载荷(参考B节)–变化振幅,比例载荷(参考C节)–恒定振幅,非比例载荷(参考D节)•需要输入的数据是材料的S-N曲线:–S-N曲线是疲劳实验中获得,而且可能本质上是单轴的,但在实际的分析中，部件可能处于多轴应力状态–S-N曲线的绘制取决于许多因素, 包括平均应力. 在不同平均应力值作用下的S-N曲线的应力值可以直接输入, 或可以执行通过平均应力修正理论实现.B. 疲劳程序(基本情况)•进行疲劳分析是基于线性静力分析, 所以不必对所有的步骤进行详尽的阐述.–疲劳分析是在线性静力分析之后，通过设计仿真自动执行的.•对疲劳工具的添加，无论在求解之前还是之后，都没有关系, 因为疲劳计算不并依赖应力分析计算.•尽管疲劳与循环或重复载荷有关, 但使用的结果却基于线性静力分析,而不是谐分析. 尽管在模型中也可能存在非线性,处理时就要谨慎了,因为疲劳分析是假设线性行为的.–在本节中,将涵盖关于恒定振幅、比例载荷的情况. 而变化振幅、比例载荷的情况和恒定振幅、非比例载荷的情况，将分别在以后的C 和D节中逐一讨论.…疲劳程序•下面用黄色斜体字体所描述的步骤，对于包含疲劳工具的应力分析是很特殊的:–模型–指定材料特性,包括S-N曲线–定义接触区域(若采用的话)–定义网格控制(可选的)–包括载荷和支撑–(设定)需要的结果,包括Fatigue tool–求解模型–查看结果…几何•疲劳计算只支持体和面•线模型目前还不能输出应力结果,所以疲劳计算对于线是忽略的.–线仍然可以包括在模型中以给结构提供刚性, 但在疲劳分析并不计算线模型…材料特性•由于有线性静力分析,所以需要用到杨氏模量和泊松比–如果有惯性载荷,则需要输入质量密度–如果有热载荷,则需要输入热膨胀系数和热传导率–如果使用应力工具结果(Stress Tool result),那么就需要输入应力极限数据,而且这个数据也是用于平均应力修正理论疲劳分析.•疲劳模块也需要使用到在工程数据分支下的材料特性当中S-N曲线数据–数据类型在“疲劳特性”(“Fatigue Properties”)下会说明–S-N曲线数据是在材料特性分支条下的“交变应力与循环”(“Alt ernating Stress vs. Cycles”)选项中输入的•如果S-N曲线材料数据可用于不同的平均应力或应力比下的情况, 那么多重S-N曲线也可以输入到程序中•添加和修改疲劳材料特性:•在材料特性的工作列表中,可以定义下列类型和输入的S-N曲线–插入的图表可以是线性的（“Linear”）、半对数的（“Semi-Log”即linear for stress, log for cycles）或双对数曲线（“Log-Log”）–记得曾提到的，S-N曲线取决于平均应力。
螺旋弹簧疲劳寿命估算方法
螺旋弹簧疲劳寿命估算方法弹簧作为重要的基础件广泛地应用在机械制造和电器行业之中，是一个重要的受力构件，其功能无非是减振、缓冲、储能、自动控制和产生回复力。
它的好坏直接影响着所服务的整机性能和可靠程度，多数弹簧工作是在反复载荷作用下，其破坏形式主要是疲劳断裂。
疲劳破坏的过程往往是从裂纹的成核、形成、扩展，直到产生突发性的脆断，因此，疲劳强度应当成为弹簧设计的重要依据。
螺旋弹簧破坏形式与应力分析大量的试验和使用证明，在循环载荷作用下螺旋弹簧其破坏断口形状是沿螺旋弹簧内径表面与弹簧轴线呈45°方向由内向外断裂，特别是裂纹源多数起源于弹簧内径表面处，断裂截面呈45°并有放射线状花样由裂纹源向外扩展，断口呈脆断形式无明显塑性变形，是曲利的病费断口形式，弹簧的应力状态分析如下：若螺旋弹簧受到中心压力F,则在弹簧钢丝截面会引起两种切应力，由F产生的扭矩Mk引起的最大切应力，两种切应力只要在螺旋弹簧内径表面才能叠加成最大切应力：如下图Ml井簧华线械面应力分布8FD l Kτl≡ -^-coβα其中曲度系数：v 4C-1 0.615K=4C^4+-T^旋绕比:CQ与α式中Dl一弹簧中杼d一弹簧钢丝直径一般弹簧缥旋角＜1 = 5。
~9°,故∞∞-8FD l K由F引起的最大弯曲切应力：I6F8F z D1K 2、J = "D =菽（T+ 4）最大主应力（拉）和主平面与弹簧中心轴线成45。
的平面内（如图2）。
8FzD∣K 2、°2 = J=福（丁 + 1）而实际上弹簧裂纹开裂方向正是与最大主拉应力方向相垂直。
这对裂纹的应力强度因子为张开型：5=5 √zπa,a .■长度图2舛簧内控表面应力状态由于弹簧材料（高碳素弹贫钢丝或65Mn等）均为含碳量高的金属材料，其强度高，塑性差，断裂状态属于正断型，沿最大拉应力方向呈疲劳开裂，而不可能是沿截面最大切应力方向的切断型，多次试验结果证明这种理论分析的正确性。
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化
基于ANSYS Workbench的管道疲劳强度分析及优化作者：邢亮亮仲梁维来源：《软件导刊》2017年第07期摘要：疲劳破坏作为一种常见的失效形式，直接关系到机械结构的寿命，通过有限元软件ANSYS Workbench能够准确计算出机械结构的疲劳寿命。
通过SolidWorks建立三维实体模型，在ANSYS Workbench中进行网格划分，对于液体冲击及螺栓预紧力作用分为两种环境进行静力学计算。
将两种环境叠加处理，再通过ANSYS Workbench中的Fatugue Tool模块进行非比例载荷疲劳寿命分析。
然后根据管道的疲劳寿命结果，优化螺栓预紧力大小，选取最优螺栓预紧力实现管道疲劳寿命的最大化，优化结构的疲劳强度。
结果表明，经螺栓预紧力优化后，管道疲劳寿命提高了10%。
关键词：疲劳寿命；疲劳强度；ANSYS Workbench；非比例载荷DOIDOI：10.11907/rjdk.171252中图分类号：TP319文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2017）007-0145-040 引言管道从安装调试至投入使用期间，长期受到管道内部液体的循环作用力，会造成连接管道的螺栓发生疲劳破坏，造成管道漏液的危险情况[1]。
管道在输送液体时，连接管道的螺栓承受脉动循环载荷，主要受到了疲劳作用。
通过实验的方法很难准确检测结构疲劳[2]，因此工程上常用有限元计算来预估结构疲劳。
有限元计算耗时少、效率高、节约成本，并且可以准确找到结构在受到循环载荷作用时的最薄弱位置。
具体做法是运用SolidWorks建立几何模型，将几何模型导入ANSYS Workbench中，先进行静力结构分析，包括两个计算环境，环境一为液体对管道的作用，环境二为螺栓预紧力对管道的作用。
再将环境一的脉动循环载荷叠加在环境二的静载荷上，对管道结构进行非比例载荷[3-4]疲劳寿命分析，并根据得到的疲劳寿命结果，优化螺栓预紧力大小，以实现管道疲劳寿命的最大化。
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ｉｐｉ ｎ ｏ ｉ ０， ０ｉｅｗｈｕ ａｇｅ ａａ ． ｒｇ ａ ｒａｌ ｔ ００ ｓ ｉｏｔ ｔｕ ｄ ｇ ｓ ｎｃ ｗ ｋ ｉ ０ ｔ ｔ ｆｉ ｍ ｅ ｔｍ４ ｍ
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图 １圆柱螺旋弹簧的几何模型 图 ２圆柱螺旋弹簧的有限元模型
３ 静态分析
由于要求弹簧材料应具有高 的弹性极 限和疲劳极限 ，足够 弹簧钢材的特性也对弹簧 的强度及寿命至关重要目 。考虑到弹簧 的韧性和塑性 ， 良好的热处理性能 ， 这里选用 ６ Ｓ ＣＶ Ｔ钢 ， ０ｉ ｒＡ ２ 屈 的工作特点， 其失效形式主要是疲劳破坏， 因此 ， 本文对某型号的 服强度为 ２ ０ Ｍｐ ， ０ ０ ａ剪切和扭转许用应力都大于 ９ ０ ａ 弹簧座 ５Ｍｐ ， 圆柱螺旋弹簧 的强度和疲劳寿命进行有 限元分析。
ｉ行分析， 计算结果表明限元分析结果和理论解高度一致， 最大误差不超过０ ％。 ． 另外， ３ 对螺旋弹簧的寿命进 ｊ
行了有限元分析， 也满足 ３ ｚ 务件下工作 ４ Ｈ ０万次的疲劳寿命要求。
ｊ
关键词： 圆柱螺旋弹簧； 强度； 疲劳寿命
ｉ
【 ｂｔ ｃ】 ｉ ｒ ｇｒａ ｅ ｃｎｉ ｒ ， ｅ ｏｅ ｏｔ ｙ ｎｒ ａｙ ｅ ｃｌｐｉ ｅ ａｌｈｄ Ａ ｓ ａｔ Ｗ ｔ ｓ ｉ ｔｎｒ ｏｓ ｅ ｄｔ ｄｌｆ ｈ ｃｌ ｄ ｃｌ ｌａ ｓｒ ｇｉ ｓ ｂｉ ｅ ｒ ｈｐ ｎ ｅ ｉ ｄ ｅ ｈ ｍ ｅ ｉ ｉ ｌｈ ｉ ｎ ｓ ｔ ｓ
Ｋ ｙｗ ｒｓＣ ｌｄｉ ｌ ｅｃｌｐｉｇＳｒｎｈＦ ｔｕ ｆ ｅ ｏｄ：ｙｎｒ ａｙ ｌａｓｒ ；ｔｅｇ ；ａｇｅｉ ｉ ｃ ｌｈ ｉ ｎ ｉ ｌｅ
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机 械 设 计 与 制 造
９ ２ 文章编号 ：０ １ ３ ９ （０ ０ １～ ０ ２ ０ １０ — ９７ ２ １ ）０ ０ ９ — ２ Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｕ ａ ｔ ｒ ｎ ｆ ｃｕ ｅ
第１ ０期 ２１ ０ ０年 ｌ ０月
基于 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析 木
李红艳
（ 山东理工大学 交通与车辆工程 学院 ， 淄博 ２５ ９ ） ５ ０ １
Ｓ ｒ ｎ ｔ ｎ ｔ ｕ ｆ ａｙ ｉ ｆ ｈ ｙ ｉｄｒ ａ ｌ ｅ ｉａ ｐ ｉｇｂ ｓ ｄｏ ｔｅ ｇ ｈａ ｄｆ ｉ ｅ ｌｅａｎ ｌｓｓｏ ｅｃ ｌ ｉ ｌ ｈ ｌ ｌ ｒ ａ ｅ ｎＡＮＳＹＳ ａｇ ｉ ｔ ｎ ｃ ｙ ｃ ｓ ｎ
ＬＩ ｎ － ａ Ｈｏ ｇ ｙ ｎ
（ ｅ ａｔ ｅ ｔ ｆ ｒｎｐ ￣Ｅ ｇｎ ｅ ｎ ，ｈｎ ｏ ｇＵ ｉ ｒ ｔ ｏ ｅｈ ｏｏｙＺｂ ５ ０ Ｃ ｉ ） Ｄ ｐ ｒ ｎ ｏ ａ ｓｏ ｎ ｉｅｒ ｇＳ ａ ｄｎ ｎｖ ｓ ｙ ｆ ｃ ｎ ｌ ，ｉｏ２ ５ ９ ， ｈｎ ｍ Ｔ ｉ ｅ ｉ Ｔ ｇ １ ａ
选 用 一般 的 钢材 。
２ 计算模型
３１刚际，其上端安装在车身 的弹簧座 ３１ 有 限元 解 弹簧工作时 ， 在上、 支承圈平面上承受轴 向载荷 ， 下 因此 ， 在 内， 下端安装在 固定于后桥壳体的弹簧座 内， 承受垂直力的作用 ，
一 ， ，’ ｌ… ＇ ， ，， … ’＇ ’．， … ｌ ， ｍ ｌ， ，，． ．， １， ，ｌ ｍ ． １． ．１ ｌ ，’ ’， ＇ｌ ｌ ， ，ｍ ＇ ｌ， ， ，， ，，， ．１ ，’ Ⅲ ．１ ｌ， ，’ ｌ ，’ ，’ － ’’， ｌ… ， ＇ ｌ， ｌ’ ＇ｌ ’ 、
【 摘
要】 采用Ａ Ｓ Ｓ Ａ Ｄ 语言建立起螺旋弹簧的几何模型，对考虑弹簧座的螺旋弹簧强度进 ＮＹ 的 Ｐ Ｌ
ｉｉ ｓｔ ｄ ａ ａｗｉ ｇｌｃ ｓｔ ｔｉ ｅｈｏ ｌｉ ，ｅ ａｍｍｄ ｅ ｎ ｅｎｔ ｏ ｒｕ ｉｔｔｔ ｈ ｈｓｉ ｙｏ ｉｅ ｔｔ ｅｒｓｕｏ ｔ ｘ ｌ ｒ ｃｄ ｓ ｏ ｔｎｅ ｌｎ ｃｓｈ ｃ ｉｈ ｈ ｎｓ ｎｗｈｈ ｔ ｙｏ ｔｎ ｈ ｍ ｉｔ ｉ ｅ ｅ ｏ ｉ ｆ
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２ｗ ｔ Ａ ｓｓ ａａ ｔｒ ｅｉｎＬ ｎ ｕ ｇ． ｒｎｔ ｅｃｌ ｄｉ ｌ ｈ ｌ ａ ｓ ｒ ｇｉ ａａｙｉ ｄ ｔｅｓ ｌ－： ｉ ｎｙ ｒｍｅ ｓ ａ ｇ ａｅ ｔ ｇｈｏ ｔ ｙｉ ｒ ａ ｙ ｅｉｌ ｐｉ ｎ ｓ ｅ ， ｉ ａ ｈ Ｐ ｅＤ ｇ Ｓｅ ｆ ｈ ｎ ｃ ｃ ｎ ｓ ｌ ｓ ｈ ｍｕ ｌ
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弹簧是汽车悬架 系统中的关键零部件 ，它不仅能储存和释 放能量 ， 而且能缓和冲击 、 消减振动等。 为减少车辆行驶过程中产
生 的有害振动 ， 获得 良好 的行驶平顺性 、 操纵稳定性和行驶安全 性， 各种车辆都必须设有衰减和缓和振动的弹簧悬挂装置Ｉ ｌ ｌ 。 圆柱压缩螺旋弹簧 由于结构简单 ，因此是车辆 中最 常用 的 弹簧之一， 其强度直接影响着车辆的运行性能和运行安全 ， 因此 簧疲强度以及其寿命成为研究的重点 。在弹簧的设计过程 中 ，