彈簧在日常生活中的應(yīng)用非常廣泛。在交通、運(yùn)輸和汽車(chē)等領(lǐng)域，彈簧發(fā)揮著重要的作用。其中，螺旋彈簧是一種常見(jiàn)的彈簧類(lèi)型，在汽車(chē)懸架系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

圖1展示了彈簧的壓縮測(cè)試。Abaqus/Explicit是一種顯式結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析仿真軟件，適用于解決復(fù)雜的非線性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題和準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題，例如短暫形成的沖擊與爆炸等。Abaqus/Explicit的一個(gè)明顯特點(diǎn)在于它對(duì)處理接觸條件變化的高度非線性問(wèn)題非常有效。正是因?yàn)檫@個(gè)特性，采用Abaqus/Explicit對(duì)高度非線性接觸的彈簧壓縮研究進(jìn)行模擬會(huì)得到理想的效果。

1．建立有限元模型

在進(jìn)行有限元分析之前，需要先建立仿真模型。本文采用六面體與五面體結(jié)合劃分網(wǎng)格的方法，旨在提高計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性。如圖2所示，整個(gè)模型共包含155333個(gè)節(jié)點(diǎn)和130880個(gè)單元。

2．邊界條件

這個(gè)計(jì)算模型的目的是為了模擬壓縮試驗(yàn)臺(tái)上彈簧的壓縮過(guò)程。在試驗(yàn)中，彈簧被放置在試驗(yàn)臺(tái)上，從其自由伸長(zhǎng)狀態(tài)被壓縮到設(shè)計(jì)的最大壓縮狀態(tài)。在試驗(yàn)期間，彈簧的上端和下端完全受試驗(yàn)設(shè)備的摩擦力所限制。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)步驟，需要在Abaqus軟件中進(jìn)行如下約束設(shè)定：底座的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)自由度受限制，上層壓縮板的旋轉(zhuǎn)自由度和兩個(gè)移動(dòng)自由度受限制，需要施加向下的垂直位移，并使其位移量等于最大壓縮量。其位移變化過(guò)程以圖3所示。同時(shí)，需要設(shè)定兩組接觸對(duì)：一組是底座和彈簧之間的接觸，另一組是上層壓縮板和彈簧之間的接觸。對(duì)于彈簧自身，也需要定義自我接觸。計(jì)算時(shí)間設(shè)定為2.0秒。

3．計(jì)算結(jié)果

圖4展示了使用Abaqus/Explicit計(jì)算后，模型彈簧應(yīng)力和位移的壓縮結(jié)果。在2.0秒時(shí)，節(jié)點(diǎn)73870最高承受423.9MPa的應(yīng)力。圖5顯示了在壓縮過(guò)程中該節(jié)點(diǎn)應(yīng)力的變化情況。此外，從變形圖中可見(jiàn)，該彈簧在2.0秒時(shí)已經(jīng)出現(xiàn)了環(huán)圈現(xiàn)象。

從上面的例子中可以看出，Abaqus/Explicit是一種能夠精確模擬螺旋彈簧壓縮過(guò)程的工具。使用該工具可以獲得隨時(shí)間變化的各種信息，如應(yīng)力、位移和接觸等。隨著經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，這個(gè)工具可以逐漸取代相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，以降低成本并提高效率。另外，通過(guò)模擬彈簧壓縮過(guò)程，能夠幫助工程師更直觀、準(zhǔn)確地理解和設(shè)計(jì)產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)一次性的正確設(shè)計(jì)效果。想要了解更多有關(guān)仿真軟件的相關(guān)信息，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注我們。如果您希望申請(qǐng)軟件試用或購(gòu)買(mǎi)正版，也可以私信聯(lián)系我們。