搜索有限元技術(shù)服務(wù)-SolidWorks的類彈簧結(jié)構(gòu)研究
2013-05-18 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)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(guān)鍵字: 類彈簧結(jié)構(gòu) 三維造型 模態(tài)分析
類彈簧結(jié)構(gòu)廣泛地應(yīng)用于化工容器、機(jī)械隔振裝置等設(shè)計(jì)中,而這種不規(guī)則的彈簧結(jié)構(gòu)的建模存在諸多困難,基于SolidWorks一種常用三維設(shè)計(jì)軟件,通過一定的設(shè)計(jì)手段較好的解決了這類結(jié)構(gòu)的三維造型問題,節(jié)省了建模時(shí)間。并通過有限元軟件分析了這類結(jié)構(gòu)的模態(tài)情況,得到了一些有價(jià)值的結(jié)論。
1前言
類彈簧結(jié)構(gòu)是一種新型的機(jī)械設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)結(jié)合了彈簧、管束和板梁等結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)點(diǎn),常應(yīng)用于化工容器中的傳熱管束結(jié)構(gòu).機(jī)械結(jié)構(gòu)中的減振裝置和儀器儀表里的信號(hào)發(fā)射接受設(shè)備等裝置的設(shè)計(jì)中,目前被越來越多的被設(shè)計(jì)人員、機(jī)械工程師們所采用。而目前的機(jī)械三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)中,沒有直接提供類彈簧結(jié)構(gòu)的實(shí)體造型方法,而若是按部就班的進(jìn)行建模,工作址較大而且不便于修改。
基于通用的三維設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)的三維造型問題。實(shí)踐表明,這是一種方便、快捷、實(shí)用的方法。將結(jié)構(gòu)導(dǎo)入有限元分析軟件中,對(duì)該結(jié)構(gòu)的模態(tài)情況進(jìn)行了初步的探討研究。
2 模型介紹
這種類彈簧結(jié)構(gòu)與我們以前接觸的彈簧結(jié)構(gòu)有較大區(qū)別,從上往下看整體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)一個(gè)錐臺(tái)結(jié)構(gòu),左側(cè)和右側(cè)的結(jié)構(gòu)尺寸相差較大,整體輪廓有點(diǎn)類似飛機(jī)的尾翼結(jié)構(gòu)。如圖1所示,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊一般做法是將每個(gè)特殊點(diǎn)(如每圈的拐點(diǎn)、上下頂點(diǎn))的三維坐標(biāo)計(jì)算得到,通過確定各個(gè)點(diǎn)的位置來確定線在生成面或體,并且為了保證連線的質(zhì)量,需要對(duì)每一圈彈簧面建立一個(gè)參考面,使得這種做法計(jì)算量較大,特別是當(dāng)涉及的彈簧圈數(shù)增多時(shí),嚴(yán)重影響下面的工程計(jì)算時(shí)間。結(jié)合目前機(jī)械設(shè)計(jì)中常用的SolidWorks輔助建模軟件,本文提出了一種方法進(jìn)行簡(jiǎn)化建模。
3 SolidWorks建模
因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)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(gè)端面(圖2(a)),根據(jù)彈簧結(jié)構(gòu)存在的每圈彈簧間距相同的特點(diǎn),可以利用建立Reference Points(參考點(diǎn)),按照點(diǎn)的均勻分布進(jìn)行關(guān)鍵點(diǎn)確定,這只需做出關(guān)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(diǎn)數(shù)目(圖2(c)),在 3D草圖中進(jìn)行每個(gè)點(diǎn)之間連接,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)的特殊,上下兩弧線用樣條曲線連接,兩邊的上下各點(diǎn)采用直線連接,注意左右兩邊錯(cuò)開一個(gè)點(diǎn),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(gè)垂直參考面,建立的圓截面大小(圖2(e)),最后掃描得到該結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體形狀(圖2(f))。
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(jié)構(gòu),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(dǎo)人ANSYS有限元計(jì)算程序中,對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)計(jì)算分析。(如圖4),計(jì)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(jié)構(gòu)即有梁式的振型(如圖5(a)),又有殼結(jié)構(gòu)振型(如圖5(b)(e)),同時(shí)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(jié)合情況(如圖5(f)(g))。這種柔性結(jié)構(gòu)彈性好,韌性強(qiáng),對(duì)此結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能分析有較好的研究?jī)r(jià)值。
5 結(jié)束語
利用SolidWorks軟件,對(duì)這類特殊的彈簧結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維造型,需要通過仔細(xì)觀察來簡(jiǎn)化我們建模的步驟,減少我們的工作量,也提高了我們的工作效率。對(duì)這類結(jié)構(gòu)需要注意的是,盡量利用軟件自帶功能輔助線和參考點(diǎn)的作用,不要計(jì)算錯(cuò)關(guān)鍵點(diǎn)的個(gè)數(shù)。
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