Simulation优化设计挑战
设计目的：采用 Solidworks Simulation 分析得出螺旋弹簧的压缩刚度，并对弹簧
零件进行疲劳分析。

1.打开名为“弹簧疲劳分析”的 solidWorks 零件
提示：为方便起见，夹具和外部载荷已经事先添加到弹簧两端的圆盘。

圆盘
之间的距离对应于未压缩弹簧的当前长度。

2.设定 SolidWorks Simulation的选项
设定【单位系统】未【公制（Ⅰ）（MKS）】,【长度】单位为毫米，【应力】单位为 N/ （Pa）。

3.创建一个名为“研究 1”的【静态】算例。

4.查看材料属性
材料属性（ Alloy Steel）将直接从 SolidWorks转移过来。

5.应用固定约束
在图 1 所示的 1 号圆盘端面应用【固定几何体】的
夹具。

2
1
图添加约束和载荷
6.应用径向约束
在 2 号圆盘的圆柱面上添加一个高级夹具，约束圆
盘的径向位移。

该约束只允许弹簧沿轴向压缩或伸长，且只能绕纵向轴转动，如图所示。

7.施加压力
对采用径向约束的圆盘端面添加的压力。

8.划分网格并运行分析
使用【高】品质单元划分网格。

保持默认的【单元大小】为，【公差】为。

显示 x 方向的位移。

9.如图 2 所示，图解显示轴向位移结果为。

轴线方向为 x 方向。

图添加夹具图解
图位移图解计算得到的弹簧的轴向刚度为m（k=f/x）
以下为对该弹簧零件的疲劳分析
首先生成一个新的疲劳算例，命名为“疲劳分析”。

1.定义 S-N曲线
(1) 在 Simulation 管理器中右键单击，在弹出的菜单中选择
“添加事件”，如图所示。

图选择“添加事件”
(2)单击“添加事件”后，在弹出的管理器里根据图添加事件。

使所加载的力值
为，单击“确定”图标完成事件属性的设置。

图 2-2新添事件属性
(3)定义 S-N曲线
1)在 Simulation 管理器中右键单击“spring copy”，在弹出的菜单中选择
“应用/ 编辑疲劳数据”，如图所示。

图选择“应用 / 编辑疲劳数据”
2)右键单击“应用 / 编辑疲劳数据” 后弹出“材料”属性管理器。

在“材
料”管理器中的“疲劳 SN 曲线”栏中按图 2-4 所示设置。

图2-4 定义疲劳 S-N曲线
3)单击图2-4中的“视图”按钮，系统显示出S-N曲线，图 2-5 所示。

如图 2-5S-N曲线
2.划分网格
(1)改变参数后需要重新生成网格。

在 Simulation 管理器中选择“弹簧疲劳分析”算例，右键单击“网格”文件，在弹出的菜单中选择“生成网格”，如图 2-5 所示。

这时系统会弹出一个警告信息：“重新网格化将删除算例的结果：研究1”，如图 2-6 所示。

单击“确定”按钮关闭信息窗。

图选择“生成”
图警告信息窗
(2)单击“确定”按钮后弹出“网格”属性管理器，在“高级”选项里设定“雅
可比点”为“ 4 点”，其他采用默认设置，再单击“确定” 图标按钮完成网格
参数设定。

系统进行网格化并显示网格化进展窗口。

3.运行分析
(1)重新网格化后需要重新运行分析。

单击 Simulation 工具栏上的“运行”图标，
(2)单击“运行”图标后系统开始运行分析计算并弹出运行进度窗口。

在成功的
运行静态分析之后， Simulation 将在管理器中生成“应力”、“位移”、“应
变”、“变形”和“设计检查”五个文件夹
4.进行疲劳分析
(1) 定义“研究 2”项目属性
在Simulation 管理器中右键单击“研究2”，在弹出的菜单中选择“属性”，如图所示。

选择“属性”后系统弹出“疲劳”属性管理器，在“选项”
标签中选择“恒定振幅事件交互作用”为“随意交互作用” ，选择“计算
交替应力的手段”为“对等应力（ von Mises）”。

其他采用默认设置，如
图所示。

单击“确定”按钮完成属性定义。

图选择“属性”
图定义“疲劳”属性
(2)定义结果选项
1)在Simulation管理器中右键单击，在弹出的菜单中选择“定
义编辑”，如图所示。

2)选择“定义编辑”后系统弹出“结果选项”属性管理器，选择“疲劳计
算”为“整个模型”，如图所示。

单击“确定” 图标按钮完成结果选项定。

图选择“定义 / 编辑”图“结果选项”属性管理器
(3)运行疲劳研究分析
1)在 Simulation 管理器中右键单击“研究 2”，在弹出的菜单中选择
“运行”。

2)单击“运行”图标有系统开始运行分析计算并弹出运行进度窗口。

在系统成功的运行疲劳分析之后， Simulation 将在管理器中生成结果
图解，如图所示。

图生成结果图解
5.生命图解和损坏图解
(1)定义生命结果图解
1)在Simulation管理器中右键单击图标，在弹出的菜单中选
择“定义疲劳图解” 。

2)单击“定义疲劳图解”后系统弹出“疲劳图解”属性管理器，在“显
示”栏中选择“生命”，如图所示。

其他采用默认设置，单击“确定”
按钮完成生命图解定义。

图“疲劳图解”属性管理器
(2)显示生命图解
单击“确定”图标按钮后系统显示出生命图解，如图所示。

从图解中可
以看出，弹簧经过 201310 次拉伸后将出现疲劳。

图生命图解
(3)显示损坏图解
1) 在 Simulation 管理器中右键单击“结果”文件夹内的“图解 1”，在弹
出的菜单中选择“显示” ，如图所示。

、
图选择“显示”
2)选择“显示”后系统显示出损坏图解，如图所示。

从图解中可以看
出，经过事件后图中箭头所指的位置将会产生 %的损坏。

图损坏图解
(4)定义安全系数结果图解
1)在 Simulation 管理器中右键单击“结果”图标，在弹出的菜单中选择
“定义疲劳图解”。

2)单击“定义疲劳图解”图标后系统弹出“疲劳图解”属性管理器，
在“显示”栏中选择“载荷因子” ，如图所示。

其他采用默认设置，
单击“确定”图标按钮完成安全系数图解定义。

图“疲劳图解”属性管理器
(5)显示安全系数图解
单击“确定”图标按钮后系统显示出安全系数图解，如图所示。

从图解中可以看出，经过事件后的最小安全系数为 2
图载荷因子图解。