本文主要介紹彈簧設計及仿真的相關知識，包括彈簧的剛度、應力、以及疲勞壽命等。在對包含彈簧的產品進行力學仿真時，一般可以採用1D彈簧單元進行簡化。另外，6自由度的彈簧單元，通過設置不同方向的剛度，也可以用於模擬轉動副、滑動副等運動副。
彈簧幾何建模本站資源中心的「螺旋彈簧計算」在線工具，可以根據彈簧尺寸參數，按照理論公式計算出彈簧的剛度。
例如：線徑2mm，外徑20mm，有效圈數為6，自由長度40mm的壓縮彈簧。材料選擇SUS304，自動計算的剛度是3.9N/mm。
NX軟體的GC工具箱，可以快速繪製彈簧三維模型。輸入彈簧尺寸，即可畫出彈簧。
NX集成的simcenter仿真環境，可以進行有限元分析。設計建模、網格劃分、求解計算以及後處理查看結果，都在同一個軟體中進行，比較方便。
彈簧中間的螺旋部分，可以採用六面體掃掠網格，兩端磨平的部分採用四面體網格，兩種不同類型的網格之間採用五面體金字塔網格進行過渡。材料楊氏模量200000MPa。
仿真條件：彈簧一端固定，另一端壓縮20mm。輸出位移、應力和支反力。考慮彈簧自身接觸，採用非線性分析。
仿真得到的壓力-位移曲線是非線性的，彈簧剛度隨壓縮量發生變化。初始剛度3.7~3.8N/mm，與理論計算結果接近。後期由於彈簧發生自接觸，剛度增加。
對於中徑和螺距存在變化的特殊彈簧，無法採用理論公式計算剛度時，我們可以通過有限元分析來研究彈簧的剛度。
彈簧疲勞壽命螺旋彈簧的疲勞壽命，可以根據SAE HS-795標準中的疲勞極限圖來評估。下圖是冷卷有預置的情況（cold-wound preset），另外還有 冷卷無預置（cold-wound and not preset）和熱卷有預置（hot wound and preset）兩種情況，這裡沒有列出，詳見SAE HS-795標準。還應注意，這個表是基於Wöhler diagram (B10 life) 壽命測試方法，其置信度是50%.（This diagram was developed using B10 test lives. As a result, life estimates based on this diagram are B10 estimates at 50% Confidence. ）
圖中，橫坐標是彈簧初始預壓位置的剪切應力與抗拉強度的比值Ks1，縱坐標是最大壓縮位置的的剪切應力與抗拉強度的比值Ks2。如果彈簧初始壓縮量是10mm，最大壓縮量是20mm，抗拉強度是1200MPa。從有限元分析結果中，可以查看壓縮量10mm、20mm對應的剪切應力分別是294MPa、598MPa。因此Ks1=294/1200=0.245，Ks2=598/1200=0.498，對於未做噴丸處理的彈簧，上圖中坐標點(0.245,0.498)幾乎正好位於10^6虛線上。因此，該彈簧的疲勞壽命大約是100萬次。參考相關經驗公式，Excel計算得到的疲勞壽命是133萬次。
NX Nastran 的CELAS單元和CBUSH單元可以模擬彈簧。
CELAS單元用於關聯兩個節點之間的自由度，並設置相應的剛度。自由度的方向，取決於兩個節點各自的坐標系方向，可以相同也可以不同。如圖所示的兩個CELAS單元，關聯的自由度都是DOF1。由於節點的坐標系不一樣，表現出的運動方式也不一樣。
CBUSH單元是6自由度的彈簧單元，需要定義單元坐標系。CBUSH單元可以同時設置剛度和阻尼，並且剛度/阻尼可以隨頻率變化（常用於頻率響應振動分析中），還可以設置非線性剛度。
CBUSH單元不同自由度方向可以設置不同剛度，利用這一特點可以模擬運動副。例如：模擬轉動副時，可以將CBUSH單元繞著旋轉軸的扭轉剛度設為0，其他方向的剛度設為很大的值（如1.0E6）。
彈簧預載荷彈簧裝配狀態一般都有一定的預載荷。設置CBUSH彈簧單元的預載荷，有以下兩種方法可供參考：
(1)彈簧按照自由狀態建模（無預載荷的狀態），施加外載荷使其處於裝配位置，然後激活加載端的連接單元使其保持裝配位置。外載荷撤銷後，彈簧仍處於裝配位置，保持預載荷狀態。其中，加載端的連接單元需要設置單元生死，用於控制該連接單元只在預載荷完全加載之後起作用。
(2)彈簧按照裝配狀態建模（有預載荷的狀態），設置非線性的彈簧力-位移的關係。初始狀態位移為零，但彈簧力並不為零，所以彈簧力-位移曲線不經過原點。
注意：這裡的位移和彈簧力都有正負。位移是單元坐標系下兩端節點的相對位移/轉角（u2-u1），彈簧力即單元力/力矩。端節點受到的力或力矩指向單元外部時為正，反之為負。
測試案例:
彈簧剛度10N/mm，預壓縮10mm。模擬滑塊在波浪形底座上水平移動的過程。
NX Nastran SOL601 求解結果：
NX Nastran網格可以直接導入Abaqus，CBUSH彈簧單元自動轉換為Connector連接器。Abaqus standard 求解結果：
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