基于COSMOSWorks的彈簧零件靜態(tài)分析

康凱　李義

摘 要：運(yùn)用與SolidWorks無(wú)縫集成的有限元分析軟件COSMOSWorks對(duì)彈簧進(jìn)行改型優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)更加方便、快捷、準(zhǔn)確，對(duì)改型設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。通過(guò)對(duì)彈簧零件進(jìn)行靜態(tài)分析可知該彈簧裝置在當(dāng)前施加的壓力下其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是可靠的。

關(guān)鍵詞：三維Solidworks；彈簧；COSMOSWorks；靜態(tài)分析

引言

隨著信息技術(shù)在各領(lǐng)域的迅速滲透，CAD/CAM/CAE技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、組織模式，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)有企業(yè)的技術(shù)改造、帶動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的變革、發(fā)展新興技術(shù)、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)都具有十分重要的意義。在各種行業(yè)中為了縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低其成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)人員正廣泛使用計(jì)算機(jī)輔助工程CAE。在CAE技術(shù)中，有限元法是運(yùn)用最成功、最廣泛的一種數(shù)值方法。

本文中首先運(yùn)用SolidWorks軟件對(duì)該彈簧進(jìn)行實(shí)體建模，如圖1所示。然后通過(guò)有限元分析軟件COSMOSWorks對(duì)該彈簧進(jìn)行受力分析，分析其在壓力一定的情況下彈簧零件的變形、壓力變化情況，以達(dá)到對(duì)彈簧零件施加合適的負(fù)荷。

1 彈簧零件靜態(tài)分析

彈簧原結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1所示，彈簧不好固定也不好加負(fù)荷，所以用兩個(gè)圓盤加在彈簧的兩端。

1.1 給彈簧賦予材料

在SolidWorks中進(jìn)入COSMOSWorks模塊，建立一靜態(tài)研究。在彈簧特征管理器中右擊選擇“應(yīng)用材料到所有實(shí)體”，在材料對(duì)話框中選擇彈簧材料為合金鋼，其主要性能見(jiàn)圖2。

1.2 約束彈簧、給彈簧加負(fù)荷并劃分網(wǎng)格

如圖3所示，固定彈簧一端圓盤的底面，在另一端的圓盤圓柱面上加上徑向約束，再在圓盤的頂面施加1N的力。網(wǎng)格劃分就是將幾何體剖分成形狀簡(jiǎn)單且相對(duì)小的實(shí)體，是一種離散化的過(guò)程。這些實(shí)體被稱為有限單元。單元數(shù)量是有限的，它們并不是無(wú)限的小，而是與整個(gè)模型的尺寸相比適度的小。

1.3 運(yùn)行并觀察分析結(jié)果

對(duì)彈簧一系列參數(shù)設(shè)置完成之后，在COSMOSWorks管理器中右鍵單擊“算例1”，選擇“運(yùn)行”，在成功的運(yùn)行靜態(tài)分析之后，COSMOSWorks在管理器中生成“應(yīng)力”、“位移”、“應(yīng)變”圖標(biāo)。點(diǎn)擊其一將顯示相應(yīng)的圖解，如圖4、圖5、圖6所示。

由圖4可知彈簧在承受1N的壓力下進(jìn)行靜態(tài)分析所受的最大應(yīng)力為2.418E+006 ，最小應(yīng)力3.422E+001 ，材料的屈服應(yīng)力為6.204E+008 ，從而可以推斷該彈簧裝置在當(dāng)前施加的壓力下其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是可靠的。圖5可知彈簧裝置最大位移變形為0.05786 。應(yīng)變圖解如圖6所示。

假如在彈簧裝置的其它參數(shù)不變，在其一端面所施加的力有所變化，觀看其最大應(yīng)力變化情況，力的變化情況如下表所示：

在COSMOSWorks管理器中改變彈簧裝置端面受力大小，觀看其最大應(yīng)力變化情況，最大應(yīng)力變化情況如表2所示：

根據(jù)表2彈簧裝置最大應(yīng)力隨端面受力變化情況可以繪出壓力-應(yīng)力關(guān)系圖表，如圖7所示。

2 結(jié)束語(yǔ)

嵌入在SolidWorks中的有限元分析軟件COSMOSWorks，工程師們可以根據(jù)該有限元軟件對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行應(yīng)力分析、應(yīng)變分析、變形分析、熱力分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)、線性和非線性分析等。使用COSMOSWorks有限元分析軟件，產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)者可以極大地縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)周期，降低了測(cè)試成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。本文通過(guò)對(duì)該彈簧裝置進(jìn)行有限元分析可知，對(duì)彈簧施加1N的負(fù)荷，彈簧的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是可靠的。

參考文獻(xiàn)

[1]楊宗明.基于CAE技術(shù)的優(yōu)化方法及其應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2004（4）.

[2]SolidWorks公司（著）.COSMOS基礎(chǔ)教程：COSMOSWorks Designer[M].葉修梓，陳超祥（編）.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007，4.

[3]曹巖.SolidWorks機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)例精解[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2008.

作者簡(jiǎn)介：康凱，安徽淮北人，畢業(yè)于安徽理工大學(xué)電氣工程及自動(dòng)化專業(yè)，現(xiàn)任皖北煤電恒源股份五溝煤礦機(jī)運(yùn)事業(yè)部機(jī)電助理工程師。