彈簧管壓力表有限元仿真分析
在Ansys中建立壓力表彈簧管的幾何模型,對模型進行受力分析，得到壓力表彈簧管在工作狀態(tài)下的受力云圖和位移云圖。從云圖中可得壓力表 最大受力處和最大位移處。對彈簧管進行模態(tài)分析，得到彈簧管加載前的固有頻率，仿真的結(jié)果符合實際情況并且為壓力表的設(shè)計與優(yōu)化提供了參考。
壓力表是一種用于氣體、液體和蒸汽的壓力測量。 其工作原理是利用彈性敏感元件在壓力作用下產(chǎn)生彈性 形變，其形變量的大小與作用的壓力成一定的線性關(guān)系， 在通過傳動結(jié)構(gòu)放大,最后利用指針在分度盤上指示出 來。壓力表按照彈性敏感元件的不同可分為:彈簧管式、 膜盒式、膜片式盒和波紋管式，本文以最常見的彈簧管式 壓力表作為研究對象。
1.模型的建立
為了研究的簡便在Ansys中建立彈簧管的橫截面模 型，其中模型的角度為270°，橫截面的內(nèi)半徑為55mm， 彈簧管的厚度為1.2mm。
2.有限元仿真
定義單元類型為planel82單元,彈性模量2. lell, 泊松比為0.3，壓力表的彈簧管承受4MPa的壓力。模型 建立后采用智能網(wǎng)格劃分的方式,為了將網(wǎng)格劃分的更 加精細，采用智能等級數(shù)為2。同時將彈簧管的底部定 義為完全約束的條件，其模型如圖1所示：
3.結(jié)果分析
壓力表的在受到外加壓力的情況下，彈簧管的半徑 比沒有施加作用力的情況下的半徑增大，其變化的云圖 如圖2所示：
根據(jù)圖3，圖4在受到4MPa的外加作用力的情況 下，主要應(yīng)力集中在彈簧管的圓拱處的兩側(cè)部分，其最大 應(yīng)力
為10900MPa。同時彈簧管的最大位移主要集中在 彈簧管的自由端附近，其最大位移為11. 39mm。
根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)原理，具有n個自由度的離散化結(jié) 構(gòu)的振動方程為：
M'x ⑴ + Cx (t) +Kx(t) =0 M—結(jié)構(gòu)的質(zhì)量矩陣;C一結(jié)構(gòu)的阻尼矩陣;/i：一結(jié)構(gòu) 的剛度矩陣。
設(shè)其結(jié)為：{*} = {<?}#;
則其特征方程為:|[A：]-w2[M] 1=0 w—模態(tài)的固有頻率;{中}一固有頻率對應(yīng)的模態(tài)的 振型矢量（特征矢量）。
運用Ansys軟件進行模態(tài)分析求解，定義壓力表彈 簧管的密度為7850,其它相關(guān)參數(shù)與前述參數(shù)一致，共提 取前5階模態(tài)頻率。其計算結(jié)果和對應(yīng)陣型如表1所示。
分析彈簧管的固有頻率可以發(fā)現(xiàn)，彈簧管的振動存在 半徑內(nèi)和Y方向的這兩種，這也與實際情況是相吻合的。
4.結(jié)論
在Ansys中建立壓力表彈簧管的幾何模型，，然后通 過Ansys對壓力表彈簧管進行對應(yīng)的材料賦值，再對壓 力表的彈簧管進行有限元分析，從而得到彈簧管在受力 情況下的應(yīng)力云圖、位移云圖。對壓力表彈簧管進行加 載前的模態(tài)分析，可獲得其前五階的固有頻率。彈簧管 的模態(tài)分析結(jié)果可以對彈簧管和壓力儀表的減震設(shè)計提 供了參考依據(jù)。
