CosmosWorks Designer 2005 Training Manual
第七章：吸振器的应力分
析
目的顺利修完本章以后，你将学会:
利用连接器加载约束并简化模型
控制网格密度以获得精确的应力解
COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual 第七章：吸振器的应力分析
工程描述某一微型吸振器的组成包括
一根管子、活塞、夹钳以及
一螺旋状的弹簧。

在本章
中，我们研究当该装置承受
10N压力时，由压环所产生
的应力分布情况。

由于螺旋弹簧中的应力情况
并不是我们所关心的，因
此，我们把弹簧从模型中去
掉，取而代之的是一等效的
弹簧连接器。

计算受压弹簧的刚度
首先，螺旋弹簧的刚度是我们必须考虑的。

为此，我们单独分析该弹簧。

下面计算受压弹簧的刚度:
1打开零件.
打开SolidWorks 零件：弹簧副本。

弹簧的有效长度为方便加载约束与载荷，我们在弹簧的两端分别加上一个圆盘。

相应地，两圆盘间的距离为弹簧未受压时它的有效长度。

2创建研究名称.
进入COSMOSWorks, 然后创建一研究名称，取名为spring
stiffness。

(静态分析，实体网格)
3回顾材料属性.
材料的属性(合金钢)可由SolidWorks中转移过来。

4加载固定约束.
在1号圆盘的底面施加一固定约束。

5施加径向约束.
在2号圆盘的柱面上
沿径向施加一径向约
束。

该约束使得弹簧仅能
沿轴向压缩（或伸
长）。

COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual
第七章：吸振器的应力分析6加载压力.
现在，在承受柱面径向约束的圆盘（2号）的底面施加1N的压
力。

7网格划分与分析运行.
8得出z向位移.
得到的位移结果显示：
轴向位移为3.8 mm，
且沿着z轴方向。

受压刚度因此，该弹簧的受压刚度为 260 N/m。

(k = f/x)
在下一个模型中，我们用上述结果来定义弹簧连接器，即f = kx，
其中，k=260 N/m。

分析吸振器装置为了分析此吸振器装置:
9打开组件.
打开文件名为shock的组件, 并去掉螺旋状弹簧 (零件文件为
Front Spring)。

10创建研究名称.
创建一名为mesh1的研究模型。

(静态分析，实体网格)
11施加固定约束.
在激振管（1）中的孔眼侧面上
施加一固定约束。

该约束完全限制了激振管部件。

12施加径向约束.
在振动活塞的细杆（2）端部的孔眼侧面上，施加径向约束。

COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual 第七章：吸振器的应力分析
13抑制旋转.
现在，振动活塞可以在激振管中进出滑动；当然，它还能旋转。

为了限制旋转，我们可以沿着孔眼所在的平面（3）的法向施加
一约束。

约束的类型取为在平面上。

刚体模式在上述3个约束下， 该装置模型只剩下了一个刚体运动。

由于振
动活塞与激振管并不相连，所以活塞可以在管道中进出滑动。

我们用一弹簧连接器把两者联结起来。

为了联结振动活塞与激振管:
14定义弹簧连接器.
右击“载荷/约束”按钮，并
选择连接器。

从所有可得到的连接器类型清单
中选择弹簧。

如图所示，指定激振管（1）上
所选择的面作为组件1的平面；
而振动活塞（2）上的面则作为组件2的平行平面。

注意：选择哪个面作为平面或平行平面并不重要。

在刚度菜单中，选择总体，输入法向刚度260 N/m。

这样，激振
管与振动活塞就联结在一起了。

单击确定。

15在振动活塞上加载力的作用.
在振动活塞的耳根部，内柱面的
分裂面上沿杆的方向作用一10N
的载荷。

该载荷作用于平面的法向。

16网格划分.
选择默认单元尺寸 (1.71 mm)进行网格划分。

COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual
第七章：吸振器的应力分析17运行分析.
运行分析，注意到求解
器发出有关大位移的警
告信息。

单击 No.
大位移警告这种情况下，我们忽略了警告是因为大位移是由弹簧连接器所产
生的弹性引起的。

位移，更确切的说，整个装置组件的变形是非
常小的。

你可以在考虑或不考虑大位移接触/连接器激活标记下进行对比
求解，以验证两者的求解结果相同。

18创建 von Mises 应力图.
右击图解1，选择 设置，
并选择一边缘的离散类型。

网格太粗糙了？注意，不论模型、载荷或者约束是否几乎完全的轴对称，应力集
中将会出现不均匀。

这种情况说明，我们需要更为精优的网格来处理应力梯度较大的
区域。

选用精优的网格
进行分析
19创建新的分析模型.
创建一新的分析模型mesh2，并将mesh1复制到mesh2中。

20应用网格控制.
在出现最高应力的带状面上添加网格控制。

网格控制选择默认值 (0.86 mm)。

COSMOSWorks 2005 Designer Training Manual 第七章：吸振器的应力分析
21对模型进行网格划分.
选用球形单元，尺寸为1mm（和默认值1.71mm进行对比），对模
型重新进行网格划分，以使得在局部优化网格与模型其他网格之
间平滑过渡。

22运行分析.
23绘制von Mises 应力图.
可以看到，即便应力的大
小值 (1,160 psi) 非常接近于
先前网格系统下的值 (1,137
psi)，然而现在带面上的应
力集中已经有了均匀的分
布。

小结本课中，我们分析了一个装置系统，并且利用一弹簧连接器去除
了装置中的弹簧组件，简化了模型。

诚然，这种近似仅仅当我们
的分析对弹簧本身没有兴趣时才是可取的。

非均匀的应力集中告诉我们需要选取更为精细的网格体系。

为了得到圆条状或带状区域的精确应力解，我们应该用两层单元
对其进行网格划分,如右图。