Перейти к статье

 

Задание свойств пружины

CAE Fidesys поддерживает пружины (элементы spring):

1. Чтобы задать свойства пружины, перейдите в  (Режим – Блоки, Объект – Блок, Действие – Свойства/параметры блока).

Категория при задании типа элемента блоку должна быть Пружины.

При выборе категории Пружины должна появиться кнопка ID свойств блока. При этом есть возможность создать новые свойства или выбрать существующие ID.

При нажатии на кнопку открывается новое окно для задания необходимых параметров. Укажите:

Нажмите Применить.

Линейная пружина

Пружинный элемент имеет размерность 1D, состоит из двух узлов, соединенных отрезком. Используется для аппроксимации пружин при решении задач деформирования под действием механической нагрузки.

1. На первом шаге моделирования пружинного элемента создайте линию, для этого выберите (Режим - Геометрия, Объект - Кривая , Действие – Создать). Во всплывающем списке выберите Линия.

 

Задайте следующие значения:

Нажмите Применить. Таким образом построена линия.

 

2. Далее задайте размер сетки построенной линии, для этого выберите (Режим – Сетка, Объект – На кривых, Действие – Построение сетки).

Укажите следующие параметры:

Нажмите Применить.

Нажмите Построить сетку.

 

3. На следующем шаге выберите (Режим – Блоки, Объект – Блок, Действие – Добавить сущность в блок).

Укажите:

Нажмите Применить. Таким образом создан первый блок.

4. В случае с пружинными элементами блоку не нужно задавать материал. Переходим к следующему шагу.

Выберите (Режим – Блоки, Объект – Блок, Действие – Свойства/параметры блока).

Укажите:

Нажмите Применить. В результате из линии был создан конечный элемент "Линейная пружина". Далее необходимо присвоить механические характеристики, которые задаются в Задать свойства пружины.

Жесткость на растяжение

Важной характеристикой упругих свойств пружины является жесткость на растяжение С, она определяется по формуле:

где G – модуль сдвига, d – диаметр проволоки, D – средний диаметр пружины, i – количество витков.

Жесткость на кручение

Жесткость на кручение определяется по формуле:

где E – модуль упругости Юнга, d – диаметр проволоки, l – длина проволоки.

Для корректного задания жесткости на кручение необходимо задать  материал блоку.

Коэффициент постоянного демпфирования

Потери при колебаниях в материале пружины (внутреннее трения) и в опорных витках (конструкционное трение) отличаются по характеру и величине; обычно потери, обусловленные действием сил сухого трения между элементами конструкции, больше, чем внутренние потери, примерно на один порядок. Количественные характеристики получены известными методами записи свободных затухающих колебаний или оценкой ширины резонансной кривой и приведением к логарифмическому декременту колебаний на основе модели Фойхта. Ниже в таблице приведены некоторые средне-ориентировочные экспериментальные данные для стальных пружин.

Линейный коэффициент демпфирования

Линейный коэффициент демпфирования входит в определение матрицы демпфирования по Релею. Матрица демпфирования выражается через линейную комбинацию матриц масс [M] и жесткости [K], где α – коэффициент пропорциональности массы (1/с) и β – коэффициент пропорциональности жесткости (с), иначе говоря, линейный коэффициент демпфирования.

Задание механических характеристик пружинному элементу

После изучения механических характеристик, в качестве примера заполните механические характеристики. В строке ID блока введите 1, в строке Жесткость на растяжение введите 1000, жесткость на кручение 1200. Коэффициент постоянного демпфирования и линейный коэффициент демпфирования задайте равными 0.1 и 0.2 соответственно. В строке Масса введите 0.5 и нажмите Применить. В результате заданы механические характеристики пружинного элемента.

Комбинированная пружина

Конечный элемент "Комбинированная пружина" (далее элемент) включает в себя систему, состоящую из параллельного соединения демпфера, пружины и ползуна и последовательно соединенную с зазором. Эскиз элемента представлен на рисунке.

Элемент определяется двумя узлами, жесткостями двух пружин, коэффициентом демпфирования, массой, значениями зазора и предельной силы трения-скольжения.

Настройки элемента

Жесткость 1 - это значение жесткости K1 ползуна, жесткость 2 - это значение жесткости K2 пружины.

Если значение зазора положительное, то элемент работает на сжатие. Если - отрицательное, то элемент работает на растяжение. Если значение зазора равно нулю - оно исключается из расчета.

Чтобы произошло скольжение, суммарное значение внешних сил, воздействующих на элемент, должно быть больше предельной силы трения-скольжения. Тогда суммарная жесткость элемента будет равна сумме жесткостей ползуна и пружины, в ином случае суммарная жесткость равна только жесткости пружины.

Масса (или момент инерции) может прикладываться как к одному узлу полностью: узел I или узел J, так и распределяться по двум узлам равномерно.

Примечание: единица измерения коэффициента демпфирования - сила•время (сила•длина•время).

Нелинейная пружина

Нелинейная пружина - двухузловой элемент с табличной зависимостью "Перемещение-сила" (далее по тексту - таблица).

Элемент может обладать тремя или шестью степенями свободы в зависимости от заданного направления работы. Расчёт с шестью степенями свободы не реализован в CAE Fidesys 9.0.

Масса и демпфирование отсутствуют. Их можно добавить, используя точечную массу и другой тип пружины: линейную или комбинированную пружину.

Неленийная пружина поддерживает все виды нелинейностей: геометрическую и физическую.

Настройки элемента:

Поведение - возможность задания поведения элемента при растягивающей и сжимающей нагрузках:

Графики поведения работы пружины при консервативной разгрузке показаны на рисунке ниже с обозначениями осей: F (Forse) - сила, D (Displacement) - перемещение.

Разгрузка - управление поведением элемента при разгрузке:

Перемещение-сила (сжатие), Перемещение-сила (растяжение) - численное задание таблиц.