[发明专利]弹簧精细参数化建模及性能测试的有限元分析方法

摘要

一种弹簧精细参数化建模及性能测试的有限元分析方法，采用计算机进行的分析方法是：1)定义参数；2)分段建立螺旋曲线：采用方程式的方式分段建立螺旋曲线；3)扫描成形；4)弹簧端面磨平；5)CAD模型转化为CAE模型；6)建立刚度分析的有限元模型；7)分析计算及结果。利用CERO建立了参数化模型，使建模速度提高了20倍以上。三维模型将弹簧端圈进行了细化，能够快速准确的调整弹簧形状，并能够实现与现场CNC数控程序对接。此方法首次在热卷螺旋弹簧领域应用虚拟样机进行性能试验，对于性能要求较高的弹簧，能够将弹簧的试制周期缩短30％，试制成本降低40％。

主权项

一种弹簧精细参数化建模及性能测试的有限元分析方法，其特征在于：1)定义参数：设置参数料径＝d、中径＝zd、尖部厚度＝h、自由高＝H0，将弹簧分为17段，参数定义为N1～N17，其相应的推进螺距定义为T1～T17，2)分段建立螺旋曲线：采用方程式的方式分段建立螺旋曲线，以建立第一段螺旋线为例，其方程$\left\{\begin{array}{c}x=(\mathrm{zd}/2)*\cos (t*(n_1*360))\\ y=(\mathrm{zd}/2)*\sin (t*(n_2*360))\\ z=t_1*n_1*t\end{array}\right.$采用来自方程的曲线建立螺旋线。依此建立17段螺旋线，螺旋线参数化方程$\left\{\begin{array}{c}x=(\mathrm{zd}/2)*\cos (t*(n_i*360))\\ y=(\mathrm{zd}/2)*\sin (t*(n_i*360))\\ z=t_i*n_i*t\end{array}\right.$3)扫描成形：将17段螺旋线合并成一条螺旋线，采用扫描方式成形，4)、弹簧端面磨平：对于弹簧上端面，拉伸切除的基准平面距FRONT面的距离L＝d/2‑h(尖部厚度)，对与下端面拉伸切除的基准面距上端基准面的距离定义为自由高H0。弹簧最终模型；5)、CAD模型转化为CAE模型：将建立好的三维参数化模型保存为IGS格式，用MSC.Marc有限元分析软件导入此模型，导入后的CAE模型；6)、建立刚度分析的有限元模型：将压力试验机的简化为两个平面，用LOADCONTROL方式对上平面进行加载，模型；在此分析模型中，定义弹簧为柔性体，上下平面为刚体，弹簧和平面之间的接触关系为粘接(G)，弹簧自身定义为接触(T)；7)、分析计算及结果：建立好CAE模型并提交计算，上平面所受的力与上平面Z方向的位移的比值即为弹簧的刚度；弹簧刚度$K=\frac{93750-76700}{164.1-139.8}=701.6N/\mathrm{mm}.$