第18卷第2期2009年6月计算机辅助工程ComputerAidedEngineeringVo.l18No.2Jun.2009文章编号:1006-0871(2009)02-0057-03弹簧压缩屈曲稳定性数值模拟陆�华1,�鞠进贤1,�王水平1,�郑百林2(1.海军驻上海电站辅机厂军事代表室,上海�200090;2.同济大学航空航天与力学学院,上海�200092)摘�要:为研究弹簧失稳变形时的特性,采用有限元法,考虑到弹簧内部限制失稳构件的刚性和柔性特点对弹簧失稳后弹射力产生的影响,对弹簧限制失稳现象进行数值分析.结果表明,弹簧弹射力失稳程度较小时,弹射力与理想弹射力相差较小;随着压缩距离的增加,失稳变形程度逐渐增大,弹射力的损失也逐渐增大;由于刚性约束构件比柔性约束构件对弹簧的约束更紧密,所以其弹射力损失较小.关键词:弹簧;屈曲;稳定性;数值模拟;有限元法中图分类号:O317;TB115���文献标志码:ANumericalsimulationonbucklingstabilityofspringcompressionLUHua1,JUJinxian1,WANGShuiping1,ZHENGBailin2(1.NavalRepresentativeOffice,ShanghaiPowerStationAuxiliaryEquipmentWorksCo.,Ltd.,Shanghai200090,China;2.CollegeofAerospaceEng.&AppliedMechanics,Shanghai200092,China)Abstract:Tostudythecharacteristicsofspringwhilelosingstability,thefiniteelementmethodisusedtofulfillthenumericalsimulationofconfinedinstabilityofspring.Inthesimulationprocess,theinfluenceoftherigidandflexiblecharacteroftheinternalconfinedinstabilitycomponentsonejectionforceafterspringinstabilityisconsidered.Theresultsindicatethatthelossofejectionforceissmallwhentheinstabilityissmal;lwiththeincreaseofthecompressiondistance,theinstabilitydeformationandthelossofejectionforceincreasegradually;theconstraintofrigidconstrainedcomponentsisstricterthantheoneofflexibleconstrainedcomponents,sothelossofejectionforceofthespringwithrigidconstrainedcomponentsissmaller.Keywords:spring;buckling;stability;numericalsimulation;finiteelementmethod收稿日期:2008-10-08�修回日期:2009-03-17作者简介:陆�华(1962�),男,江苏吴江人,高工,硕士,研究方向为数值分析,(E-mail)snack720@126.com0�引�言弹簧是1种机械零件,它利用材料的弹性和结构特点,使其在产生和恢复变形时能够起到缓冲和减震、储存能量以及控制运动等作用,在机械使用中非常重要.[1-2]弹簧又往往是机构中变形最复杂的构件.工程上对密圈弹簧进行压缩强度、刚度和稳定性计算时,为简化计算而忽略弹簧螺旋角的影响,对于螺旋角较大的疏圈弹簧,其受压失稳时的弹簧长度与原长度相比相差甚远,此时在进行强度、刚度和稳定性计算时就不能忽略弹簧变形,必须考虑到螺旋角的影响.[3-6]��本文所分析的弹簧两端由弹簧上、下套固定,内部穿有1根细杆,外部套有1个套筒限制其变形.这图1�弹簧机构简图套弹簧机构见图1.弹簧上端完全固定于套筒上端.细杆由动力上提,带动弹簧下套向上运动,致使弹簧压缩变形.撤除细杆向上动力后,细杆由弹簧弹射力及其自身重力返回原来位置.下套对弹簧起到定位的作用,与细杆之间有间隙,可以发生一定程度的倾斜.下套受弹簧屈曲失稳影响,与细杆有较大的挤压作用.弹簧为细杆的下落提供较大下推力,使细杆在较短时间内顺利落下.同时,由于弹簧的长细比较大,受压时容易发生屈曲失稳.弹簧发生屈曲时失去承载力,但在本机构中,由于弹簧安装在套筒内,受到套筒内壁对弹簧的约束作用,得以能够继续承载和工作.1�弹簧压缩分析有限元模型由于工作中弹簧实际被安装在套筒内,压缩到高位时受到套筒内壁的约束.另外,弹簧压缩时始终受到弹簧下套的固定和限制,所以机构运作过程中弹簧的变形相当复杂.为考虑下套和套筒对弹簧变形的影响,提取弹簧�下套�套筒系统进行分析.弹簧有效圈数为64圈,有效长度为1088mm,螺距为17mm.弹簧中径为54mm,弹簧簧丝截面为圆形,直径为6mm.采用控制压缩位移的方式压缩弹簧,最后的压缩距离为585mm.限制弹簧屈曲位移的构件包括下套和套筒.下套的下端与弹簧固结,细杆提升后与下套接触,进而压缩弹簧.下套尺寸见图2.套筒内径为62mm,套筒长...
