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基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析

张健 齐朝晖 卓英鹏 国树东

张健, 齐朝晖, 卓英鹏, 国树东. 基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
引用本文: 张健, 齐朝晖, 卓英鹏, 国树东. 基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
ZHANG Jian, QI Zhao-hui, ZHUO Ying-peng, GUO Shu-dong. STIFFNESS ANALYSIS OF HELIX SPRING USING EXACT GEOMETRIC BEAM ELEMENT[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
Citation: ZHANG Jian, QI Zhao-hui, ZHUO Ying-peng, GUO Shu-dong. STIFFNESS ANALYSIS OF HELIX SPRING USING EXACT GEOMETRIC BEAM ELEMENT[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096

基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
基金项目: 国家自然科学基金项目(11872137,91748203)
详细信息
    作者简介:

    张健(1987-),男,山西临汾人,博士生,主要从事多体系统动力学研究(E-mail:zhangjian1987@mail.dlut.edu.cn);卓英鹏(1994-),男,河北张家口人,博士生,主要从事机械系统动力学与数值分析研究(E-mail:zhuoyingpeng@mail.dlut.edu.cn);国树东(1982-),男,山东泰安人,博士生,主要从事多体系统学研究(E-mail:gsd0905@mail.dlut.edu.cn).

    通讯作者: 齐朝晖(1964-),男,辽宁大连人,教授,博士,主要从事多体系统动力学研究(E-mail:zhaohuiq@dlut.edu.cn).
  • 中图分类号: O342;TH135.1

STIFFNESS ANALYSIS OF HELIX SPRING USING EXACT GEOMETRIC BEAM ELEMENT

  • 摘要: 以精确几何模型梁单元为基础,对圆截面螺旋弹簧刚度的非线性特性进行了分析。结合弹簧细长结构的变形特点,选取弹簧半径、弹簧高度、螺旋线极角和簧丝截面扭转角作为螺旋弹簧的描述变量;按照Bernoulli梁理论,通过形心曲线切矢量和簧丝截面扭转角建立截面坐标系;基于大转动梁的变形虚功率,获得螺旋弹簧曲率矢量,构建弹簧变形虚功率;应用柔体建模过程的滤除高频震荡分量方法修正弹簧系统动力学方程求得弹簧刚度,提高计算效率。数值算例表明,计算结果符合弹簧刚度的受力变形规律。同时与弹簧经典理论算法和传统有限元方法进行对比,验证了分析方法的正确性和合理性。
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-03-06
  • 修回日期:  2019-08-29
  • 刊出日期:  2020-05-27

基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析

doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
    基金项目:  国家自然科学基金项目(11872137,91748203)
    作者简介:

    张健(1987-),男,山西临汾人,博士生,主要从事多体系统动力学研究(E-mail:zhangjian1987@mail.dlut.edu.cn);卓英鹏(1994-),男,河北张家口人,博士生,主要从事机械系统动力学与数值分析研究(E-mail:zhuoyingpeng@mail.dlut.edu.cn);国树东(1982-),男,山东泰安人,博士生,主要从事多体系统学研究(E-mail:gsd0905@mail.dlut.edu.cn).

    通讯作者: 齐朝晖(1964-),男,辽宁大连人,教授,博士,主要从事多体系统动力学研究(E-mail:zhaohuiq@dlut.edu.cn).
  • 中图分类号: O342;TH135.1

摘要: 以精确几何模型梁单元为基础,对圆截面螺旋弹簧刚度的非线性特性进行了分析。结合弹簧细长结构的变形特点,选取弹簧半径、弹簧高度、螺旋线极角和簧丝截面扭转角作为螺旋弹簧的描述变量;按照Bernoulli梁理论,通过形心曲线切矢量和簧丝截面扭转角建立截面坐标系;基于大转动梁的变形虚功率,获得螺旋弹簧曲率矢量,构建弹簧变形虚功率;应用柔体建模过程的滤除高频震荡分量方法修正弹簧系统动力学方程求得弹簧刚度,提高计算效率。数值算例表明,计算结果符合弹簧刚度的受力变形规律。同时与弹簧经典理论算法和传统有限元方法进行对比,验证了分析方法的正确性和合理性。

English Abstract

张健, 齐朝晖, 卓英鹏, 国树东. 基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
引用本文: 张健, 齐朝晖, 卓英鹏, 国树东. 基于精确几何模型梁单元的螺旋弹簧刚度分析[J]. 工程力学, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
ZHANG Jian, QI Zhao-hui, ZHUO Ying-peng, GUO Shu-dong. STIFFNESS ANALYSIS OF HELIX SPRING USING EXACT GEOMETRIC BEAM ELEMENT[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
Citation: ZHANG Jian, QI Zhao-hui, ZHUO Ying-peng, GUO Shu-dong. STIFFNESS ANALYSIS OF HELIX SPRING USING EXACT GEOMETRIC BEAM ELEMENT[J]. Engineering Mechanics, 2020, 37(2): 16-22,80. doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2019.01.0096
参考文献 (17)

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