彈簧應力
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-05-26
彈簧應力的視頻教程
Hyperworks螺旋彈簧六面體網格劃分、本體剛度、軸向壓縮工況應力、疲勞壽命和拍打工況應力及疲勞壽命仿真分析實例視頻教程
本課程詳細介紹了如何利用hyperworks軟件，來計算仿真計算懸架螺旋彈簧的剛度、強度應力和疲勞壽命。（從頭操作到尾的實例教程，感興趣的可以跟著作者一塊做~） Coilspring.zip
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鋼板彈簧有限元分析-夾緊狀態（HyperMesh+ABAQUS）
針對設計工程師，step by step的進行操作，讓你能夠學會用有限元軟件進行鋼板彈簧應力和剛度的分析，同時知道如何進行應力曲線的提取。 學完此課程，能夠掌握帶接觸和預緊的零件有限元分析能，能夠更好的理解鋼板彈簧設計理論。
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鋼板彈簧有限元分析-自由狀態（HyperMesh+ABAQUS）
針對設計工程師，step by step的進行操作，讓你能夠學會用有限元軟件進行鋼板彈簧應力和剛度的分析，同時知道如何進行應力的提取。 學完此課程，能夠掌普通零件的分析，還能夠掌握接觸的創建方法。能夠和CAE工程師進行對話，能夠更好的理解鋼板彈簧設計理論。
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彈簧應力的實例教程
這個項目是研究一個帶彈簧的閥門在不同的入口壓力下，水流量的變化。最終結果期望得到一個不同壓力下，水流量都能保持在一個比較穩定的值。
本項目是一個典型的流固耦合問題，水流壓力造成了閥體的運動，直至和彈簧的阻力相等。因此需要用Fluent來求解流體對閥體的壓力，需要用Ansys來求解彈簧的阻力，兩者耦合之后計算閥體的運動。
閥門結構和工作原理如下圖所示：
Workbench的流程圖如下圖所示：
計算結果見視頻：
彈簧表面壓力
閥體表面壓力
彈簧應力變化
彈簧應力變化2
Optistruct2020 非線性分析-帶初始應力的卡-彈簧強度-預緊力
分析模型載荷施加步驟
1 施加初始應力
2 施加垂向載荷
分析模型截圖如下：
video.mp4
導讀
彈簧作為機械設計中常見的零件，對于標準彈簧的設計和剛度系數的計算也有比較成熟的標準，但是，對于異形彈簧，這些標準就沒有了用武之地，在這種情況下使用有限元方法不失為另一個選擇，以下案例中我們將使用Abaqus對三角形彈簧進行計算。
導入模型如下，如下：
常見彈簧材料如下：
創建靜態分析步，打開幾何非線性，如下：
對圓盤上部參考點創建力和位移的時間歷程輸出，如下：
進入相互作用模塊，對彈簧和圓柱體施加綁定約束，如下：
底部參考點創建固定約束，如下：
對上部參考點，施加位移約束如下：
提交計算，查看彈簧變形如下：
查看彈簧應力分布如下：
查看反作用力，如下：
通過以上結果，我們不僅可以使用計算出彈簧的剛度系數，也可以直觀地看到彈簧在壓縮過程中應力最大地區域，為我們后續地優化設計提供了極大地方便。
以上模型源文件請點擊閱讀原文到宇喜官網下載
展開 蜂窩汽封退讓仍采用傳統汽封的背部板彈簧結構，所以安裝間隙一般取傳統汽封徑向間隙設計值的上限。
與現傳統高、低齒結構汽封相比，由于齒數量相對增加很多，從而密封效果大大提高，汽封由于仍采用原傳統汽封退讓結構，在啟動過程中可能會產生碰磨，但由于蜂窩材質較軟，不會產生大的影響。
如航空渦輪機(轉速40000r/min，工作溫度1000～1500℃)上采用，由于渦輪機結構尺寸較短，無法設計退讓汽封，而采用固定的結構，有碰磨時損傷的是蜂窩汽封，而不會對軸產生影響。
三、布萊登汽封
由于傳統汽封的結構密封特點又考慮到轉子的振動無法將汽封間隙調到更小，因而機組漏汽損失就不能進一步減小，機組熱效率很難進一步提高。
隨著汽封技術的發展，又從美國引進一種新型可調式汽封——布萊登汽封。
這種汽封可以使汽封間隙調到更小的0.35~0.45mm，運行中又可以避免轉子過臨界時振動過大而與汽封的擦碰。
布萊登汽封取消了傳統汽封背部的板彈簧，取而代之的是在每圈汽封弧段端面處加裝了四只螺旋彈簧。
自由狀態時，在彈簧力作用下，汽封弧塊是處于張開狀態而遠離轉子；
機組啟機時，隨著蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧塊背部的蒸汽壓力逐漸增大，當這一壓力足以克服彈簧應力、摩擦阻力等時，汽封弧塊開始逐漸關閉，直至處于工作狀態，并始終保持與轉子的最小間隙運行；
停機時，隨著蒸汽流量的減小，在彈簧應力作用下，推動汽封弧塊遠離轉子。
使汽封與轉子的徑向間隙達到最大值。
這就解決了傳統汽封存在的機組開、停機過程中存在轉子過臨界時振動過大而造成汽封碰摩問題。
因而布萊登汽封得到廣泛的應用。
展開 查看反作用力，如下：
通過以上結果，我們不僅可以使用計算出彈簧的剛度系數，也可以直觀地看到彈簧在壓縮過程中應力最大地區域，為我們后續地優化設計提供了極大地方便。
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創建靜態分析步，打開幾何非線性，如下：
對圓盤上部參考點創建力和位移的時間歷程輸出，如下：
進入相互作用模塊，對彈簧和圓柱體施加綁定約束，如下：
底部參考點創建固定約束，如下：
對上部參考點，施加位移約束如下：
提交計算，查看彈簧變形如下：
查看彈簧應力分布如下
關鍵詞：疏水;閥門;計算流體力學;Fluent軟件;
熱力系統閥門內漏是目前我國火力發電廠普遍存在的重大節能問題，通常由于運動部件卡死、閥片變質、彈簧應力松弛等原因造成閥門損壞[1],防止閥門內漏是火力發電廠節能減排的重要舉措。閥門主要用于控制電廠鍋爐和電氣設備的流體介質的通路和斷路調節，是電廠廣泛使用的熱力設備。
查看彈簧應力分布如下
自由狀態時，在彈簧力作用下，汽封弧塊是處于張開狀態而遠離轉子；
機組啟機時，隨著蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧塊背部的蒸汽壓力逐漸增大，當這一壓力足以克服彈簧應力、摩擦阻力等時，汽封弧塊開始逐漸關閉，直至處于工作狀態，并始終保持與轉子的最小間隙運行；
停機時，隨著蒸汽流量的減小，在彈簧應力作用下，推動汽封弧塊遠離轉子。
考慮車輛在不同操作條件下（例如在不規則路徑或遇到障礙物時），對彈簧的變形和應力進行了研究。
圖4. 使用 Adams/Machinery 的帶傳動系統模型
在 Adams 的虛擬環境中進行的仿真，使團隊能夠探索結構的極限，以建立能夠在類似火星的地形上行走的漫游車能力，并能夠通過建造單個樣機和短短一年的開發周期執行所有需要的操作。
同時分析彈簧簧絲內圈應力較大的原因是因為內圈曲率較小， 存在一定的應力集中導致。
3.2 工況2
圖 11下板vonMises應力
圖 12下板最大切應力
圖 13上板vonMises應力
圖 14上板最大切應力
4. 結論
本文僅列出了設計計算的兩個工況，工作荷載和地震荷載。兩種工況下隔振器的彈簧和上下板均有一定的安全裕度。
由計算得知，安全閥彈簧受軸向彈簧受軸向或徑向載荷作用時，變形量、切應力與彈簧絲直徑成反比;當彈簧在使用中受腐蝕時，彈簧絲直徑變小，彈簧變形量、剪切應力增大，從而導致彈簧失效。
2、受非中心載荷的影響
蒸汽鍋爐運行中，安全閥要定期排放超壓汽。排汽后，閥桿易偏斜，導致安全閥漏氣和彈簧承受非中心載荷而偏心，使圓形彈簧安全應力值下降。
六、彈簧的應力計算
▲壓縮彈簧的受力分析
圖(a)為圓柱形螺旋壓縮彈簧，承受軸向工作載荷 F 由截面法分析，得知彈簧絲截面受剪力 F 及扭矩 T=FD/2，扭矩引起的剪應力為：
若考慮剪力 F 引起剪應力的影響和彈簧絲呈螺旋狀曲率影響，最大剪應力 t 發生在彈簧內側圖(b)，其數值與強度條件應為：
式中 C——旋繞比，C=D/d ，可按表
為了提高強度與疲勞壽命，鋼板彈簧均要求進行應力噴丸，但國內廠家有的僅單面（凹面）進行應力噴丸，板簧 片另一面（凸面）表面不同程度存有氧化皮，嚴重影響涂層的附著力與防腐性。建議采用“一般噴丸+應力噴丸”工藝，既清除氧化皮，又可達成產品特性要求。由于鋼板彈簧為疊接結構，夾縫部位容易出現早期銹蝕，應采用板簧單片涂裝（陰極電泳或噴漆），裝配后鋼板彈簧總成再噴漆或補漆。
Optistruct2020 非線性分析-帶初始應力的卡-彈簧強度-預緊力
分析模型載荷施加步驟
1 施加初始應力
2 施加垂向載荷
分析模型截圖如下：
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