有限元技術服務-SolidWorks的類彈簧結構研究

2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者: 李松*馬建中*高李霞來源: 萬方數(shù)據(jù)
關鍵字: 類彈簧結構三維造型模態(tài)分析
類彈簧結構廣泛地應用于化工容器、機械隔振裝置等設計中,而這種不規(guī)則的彈簧結構的建模存在諸多困難,基于SolidWorks一種常用三維設計軟件,通過一定的設計手段較好的解決了這類結構的三維造型問題,節(jié)省了建模時間。并通過有限元軟件分析了這類結構的模態(tài)情況,得到了一些有價值的結論。

1前言

類彈簧結構是一種新型的機械設計結構,因為這種結構結合了彈簧、管束和板梁等結構的各自優(yōu)點,常應用于化工容器中的傳熱管束結構.機械結構中的減振裝置和儀器儀表里的信號發(fā)射接受設備等裝置的設計中,目前被越來越多的被設計人員、機械工程師們所采用。而目前的機械三維設計系統(tǒng)中,沒有直接提供類彈簧結構的實體造型方法,而若是按部就班的進行建模,工作址較大而且不便于修改。

基于通用的三維設計軟件Solid Works,提出一種新型的建模和造型方法,較好地解決了這類結構的三維造型問題。實踐表明,這是一種方便、快捷、實用的方法。將結構導入有限元分析軟件中,對該結構的模態(tài)情況進行了初步的探討研究。

    2 模型介紹

這種類彈簧結構與我們以前接觸的彈簧結構有較大區(qū)別,從上往下看整體結構呈現(xiàn)一個錐臺結構,左側和右側的結構尺寸相差較大,整體輪廓有點類似飛機的尾翼結構。如圖1所示,因為結構的特殊一般做法是將每個特殊點(如每圈的拐點、上下頂點)的三維坐標計算得到,通過確定各個點的位置來確定線在生成面或體,并且為了保證連線的質量,需要對每一圈彈簧面建立一個參考面,使得這種做法計算量較大,特別是當涉及的彈簧圈數(shù)增多時,嚴重影響下面的工程計算時間。結合目前機械設計中常用的SolidWorks輔助建模軟件,本文提出了一種方法進行簡化建模。

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    3 SolidWorks建模

因為該結構的特殊,最便捷的方法是采用掃描成體建模,困難之處在于怎樣建立出掃描路徑草圖,本文先確定彈簧的兩個端面(圖2(a)),根據(jù)彈簧結構存在的每圈彈簧間距相同的特點,可以利用建立Reference Points(參考點),按照點的均勻分布進行關鍵點確定,這只需做出關鍵線(如圓弧的邊線、頂端邊線,45"和1350角的邊線,圖2(b)),根據(jù)彈簧圈數(shù)確定所取參考點數(shù)目(圖2(c)),在 3D草圖中進行每個點之間連接,因為結構的特殊,上下兩弧線用樣條曲線連接,兩邊的上下各點采用直線連接,注意左右兩邊錯開一個點,最后得到的該彈簧掃描路徑草圖的如圖2(d)所示。在彈簧路徑線兩端,建立一個垂直參考面,建立的圓截面大小(圖2(e)),最后掃描得到該結構的三維實體形狀(圖2(f))。

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    4 模型分析處理

利用SolidWorks軟件,我們也可以生成不同截面的類彈簧結構,如圓形、六邊形、橢圓形等截面(如圖3(a),(b),(c)所示)。

將SolidWorks建立的模型導人ANSYS有限元計算程序中,對該結構進行模態(tài)計算分析。(如圖4),計算得到的頻率值如表1所示。

通過上面的振型圖,我們可以發(fā)現(xiàn),這種結構即有梁式的振型(如圖5(a)),又有殼結構振型(如圖5(b)(e)),同時還有彈簧的特有來回縮拉振型(如圖5(c)),或者是前只種振型的結合情況(如圖5(f)(g))。這種柔性結構彈性好,韌性強,對此結構的動力性能分析有較好的研究價值。

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