
弹簧刚度是载荷增量dF与变形增量dλ之比,即产生单位变形所需的载荷,弹簧的刚度计算公式为F=dF/dλ——360百科。
建立如下的弹簧模型,参数为:直径D2=ϕ40mm,线,弹簧材质为碳钢,切边模量G=80000MPa,屈服强度为250MPa,弹性模量E=200000MPa,泊松比为0.3。

根据以上参数,可以通过以下公式计算弹簧的刚度C。带入以上数据,可求得弹簧刚度C=12.31N/mm。

根据以上参数,将模型导入workbench,建立静力学分析模块。这里我们多考虑了一个问题:在材料发生塑性变形以前,弹簧的刚度应该是一致的,而发生塑性变形之后,弹簧已失效,刚度就不会保持一致了。因此我们需要对材料增加塑性模型,如下图,我们选择常用的双线性强化模型。


对弹簧建立如下的力学边界条件,其中一个端面固定,另一个端面施加轴向位移。通过探针获取位移约束的反力,这就是弹簧位移对应所受的力,除以位移就是弹簧刚度。

计算结果如下,可以看出,位移超过8mm之后弹簧的刚度已发生了变化,失效以前弹簧的刚度为11.81N/mm,与公式计算相比相差了4.15%。

我们查看一下位移为2mm和14mm时的塑性应变情况,如下图。可以看出,弹簧失效时线圈已发生明显的塑性变形,这时释放载荷后弹簧是无法恢复原状的。