РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Прочностные расчеты сдвоенной пружины

По заказу компании ООО "НПЦ "Пружина" были проведены прочностные расчеты сдвоенной пружины по расчетным схемам и чертежам, предоставленным заказчиком.

Целью расчета является определение максимальных напряжений возникающих в теле пружины при ее обжатии до статической нагрузки, до соприкосновения витков. Определение достаточного предела текучести материала пружины, для того, чтобы она выдерживала не менее 500 000 циклов. Построение и анализ слоевой модели предложенной в техническом задании пружины.

Для построения расчетной модели пружины использованы инструменты пакета APM Structure3D и APM Studio. Первая и вторая модель строились путем кинематического выталкивания предварительно подготовленного (разбитого на конечные элементы) сечения на пять витков с заданным, постоянным шагом. На данных моделях крайние (нерабочие) витки пружины (нижний и верхний) не сформированы, ввиду большой трудоемкости задачи. Построение третьей модели осуществлялось путем экспорта модели построенной в Pro/Engineer, в пакет APM Studio через step формат. В этом случае крайние (нерабочие) витки пружины оказываются сформированы, но построение слоевой модели  таким образом не возможно. Кроме того для проведения верификационных тестов построены стержневые модели указанных пружин.     

 

Таблица 1- Параметры сечения моделей пружин

Тип модели

Число степеней свободы (узлов)

Число конечных элементов в сечении

- треугольники

- четырехугольники

19 мм(слоевая)

3 341 679

(1 113 893)

48

704

27 мм(слоевая)

2 089 419

(696 473)

48

704

Сдвоенная 19-27 мм (слоевая)

5 431 098

(1 810 366)

96

1408

19 мм(произвольная)

3 307 095

(1 102 365)

1464

0

27 мм(произвольная)

2 067 795

(689 265)

1464

0

Сдвоенная (19-27 мм) (произвольная)

5 374 890

(1 791 630)

2928

0

 

Моделирование обжатия пружины до статической нагрузки выполнялось на пяти моделях:

- конечно-элементной со слоевой разбивкой сечения (крайние витки не сформированы);

- конечно-элементной с произвольной разбивкой сечения (крайние витки не сформированы);

- конечно-элементной с произвольной, автоматически сгенерированной, сеткой (крайние витки сформированы);

- стержневой.

 

Величина внешней нагрузки бралась, согласно техническому заданию, с чертежей, предоставленных заказчиком. Для внутренней пружины она составляет F1=8.88 кН , для наружной F2=819.084 кН , для сдвоенной F3=27.964 кН .

Анализ напряженно-деформированного состояния пружины при ее обжатии до соприкосновения витков проводился для модели, построенной в Pro/Engineer и экспортированной в пакет APM Studio через step формат, с последующей автоматической генерацией конечно-элементной сетки.

Так как точное определение момента касания витков является затруднительным, использовалась процедура постепенного увеличения внешней нагрузки (с шагом 10%) до максимального значения. В этом случае момент касания опорного витка рабочего определялся визуально, а нагрузка, при которой происходит касание, лежит в диапазоне между двумя загружениями.

 

Таблица 2 – Загружения

Название загружения

Описание нагрузки

1

Базовая нагрузка

Нормативная статическая нагрузка (в зависимости от типа пружины F1=8.88 кН,   F2=819.084 кН, F3=27.964 кН

2

1.1 базовой

Увеличенная на 10% нормативная статическая нагрузка

3

1.2 базовой

Увеличенная на 20% нормативная статическая нагрузка

4

1.3 базовой

Увеличенная на 30% нормативная статическая нагрузка

5

1.4 базовой

Увеличенная на 40% нормативная статическая нагрузка

6

1.5 базовой

Увеличенная на 50% нормативная статическая нагрузка

7

1.6 базовой

Увеличенная на 60% нормативная статическая нагрузка

 

Результаты прочностного анализа

 

Таблица 3 – Сводные результаты расчета пружин на статическую нагрузку

Наименование

параметра

Наружная

пружина

Внутренняя

пружина

Сдвоенная

пружина

1

Статическая сила, Н

19 084

8 880

27 964

2

Величина осевой осадки, мм

(инженерный расчет)

75.32

75.14

75.26

3

Величина осевой осадки, мм

(стержневая модель)

76.83

76.64

76.78

4

Величина осевой осадки, мм

(слоевая модель)

77.38

76.24

73.93

5

Величина осевой осадки, мм

(произвольная разбивка)

77.46

76.99

77.06

6

Величина осевой осадки, мм

(автоматическая разбивка)

75.47

74.58

74.62

 

Таблица 24 –  Результаты расчета сдвоенной пружины до соприкосновения витков

Название

загружения

Величина осевой осадки пружины, мм

Наличие соприкосновения витков

1

Базовая нагрузка

74.62

-

2

1.1 базовой

82.08

-

3

1.2 базовой

89.54

-

4

1.3 базовой

97.01

+

5

1.4 базовой

104.5

+

6

1.5 базовой

111.9

+

7

1.6 базовой

119.4

+

 

© ООО НТЦ "АПМ" 2018. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»