基于workbench的弹簧刚度计算（扭簧）

弹性计算：Workbench中的扭转弹簧刚度案例


引言

弹簧刚度指单位变形所需的载荷，其计算为载荷增量dF与变形增量dλ之比。本文通过Workbench软件，构建特定类型的扭转弹簧模型以计算其刚度，详细步骤如下：

定义模型参数




中径 D: φ40mm


线圈直径 d: φ4mm


弹簧圈数 n: 3.25


螺距: 4mm


材质：碳钢


切边模量 G: 80000MPa


屈服强度: 250MPa


弹性模量 E: 200000MPa


泊松比: 0.3


应用以下基本特性建立弹簧模型并优化计算参数。


计算流程


1. 公式计算

根据GB/T1239.6标准，使用给定参数计算弹簧的刚度M'（单位为N·mm/rad），结果为6153.85 N·mm/rad。

2. Workbench分析


后续基于Workbench软件，对弹簧模型进行网格划分：


显示弹簧模型的详细网格图。


设定力学边界条件，一个端部固定，另一端施加绕中心轴线的扭矩。


后处理技巧

通过Workbench的用户自定义结果功能，获取弹簧的扭转刚度。构建坐标系时，确保其位于弹簧中心轴线处。

为了计算扭转弧度，求得圆周切线方向的位移，可通过求取x轴和y轴位移平方和的平方根来实现。

经过结果显示，通过对两组扭矩（200N·mm和400N·mm）进行计算，获得的弹簧刚度为6239 N·mm/rad，与公式计算结果相差约1.4%。

本文通过理论验证与工具体验相结合的方式，对扭转弹簧的刚度进行了准确计算，充分展示了Workbench软件在工程建模与分析中的效用。