搜索有限元技術服務-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: 萬方數據
關鍵字: 類彈簧結構 三維造型 模態分析
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,節省了建模時間。并通過有限元軟件分析了這類結構的模態情況,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別,從上往下看整體結構呈現一個錐臺結構,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。
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)),根據彈簧圈數確定所取參考點數目(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))。
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,我們可以發現,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。
5 結束語
利用SolidWorks軟件,對這類特殊的彈簧結構進行三維造型,需要通過仔細觀察來簡化我們建模的步驟,減少我們的工作量,也提高了我們的工作效率。對這類結構需要注意的是,盡量利用軟件自帶功能輔助線和參考點的作用,不要計算錯關鍵點的個數。
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