基于ANSYS的三股螺旋弹簧的有限元建模与分析

摘要

三股螺旋弹簧是由3根0.4～3mm的碳素钢丝拧成钢索后，再缠绕卷制而成的,与普通弹簧相比，具有强度高、减振效果明显以及疲劳寿命长等优点，在航空航天和自动武器等方面中有重要的应用。
　　三股螺旋弹簧结构复杂，钢丝间的摩擦以及在接触处产生的变形导致理论分析很难反映弹簧受力后的真实情况，应用有限元法对其进行研究十分必要。考虑到弹簧在几何上是螺旋对称结构，可以应用螺旋对称边界条件将弹簧的分析模型简化。
　　本文首先介绍了三股螺旋弹簧钢丝的空间成形过程，运用矢量投影的方法推导了三股螺旋弹簧钢丝中心线的数学方程式，然后应用有限元软件ANSYS中的APDL语言建立了三股螺旋弹簧的三维实体参数化有限元模型，并通过在其两端横截面间施加准确的螺旋对称边界条件来实现静态轴向加载过程的力学性能模拟，得到轴向力与轴向拉伸应变的关系曲线以及应力分布。应用所开发的有限元模型研究了三股螺旋弹簧几何参数对其性能的影响，分析结果表明弹簧刚度和截面内等效应力随螺旋升角的增加而增大，随旋绕比的增加而减小，随钢索拧角的增大而增大。对考虑摩擦和不考虑摩擦两种情况的分析结果进行了对比，分析结果表明摩擦使弹簧钢丝间的相对位移减小和局部接触部位等效应力增大。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 多股螺旋弹簧简介

1.3 国内外研究现状

1.4 目前研究存在的问题

1.5 主要研究内容

1.6 本文的研究意义

第2章 单股螺旋弹簧的分析

2.1 ANSYS及APDL简介

2.2 单股螺旋弹簧的几何参数

2.3 螺旋对称边界条件

2.4 单股螺旋弹簧的有限元模型与分析

2.5 本章小结

第3章 钢索的简化有限元模型及分析

3.1 钢索的结构尺寸

3.2 空间曲线几何知识与螺旋钢丝中心线的分析

3.3 钢索的简化模型与边界条件

3.4 接触问题分析

3.5 钢索的有限元分析

3.6 受载钢索的力学响应

3.7 更多结果与讨论

3.8 本章小结

第4章 三股螺旋弹簧的参数化建模

4.1 三股螺旋弹簧的类型和特性

4.2 三股螺旋弹簧钢丝中心曲线数学模型

4.3 三股双螺旋弹簧参数化模型的建立

4.4 双螺旋弹簧简化模型的边界条件

4.5 本章小结

第5章 三股螺旋弹簧ANSYS有限元分析

5.1 只受轴向作用时的弹簧分析结果

5.2弹簧轴向合力与应变关系

5.3 弹簧参数对弹簧性能的影响

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢