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有限变形螺旋弹簧非线性理论

刘虹  
【摘要】:本文旨在对圆柱螺旋弹簧非线性理论研究的基础上,对圆锥螺旋弹簧作了进一步的分析,将圆柱螺旋弹簧大变形条件下的非线性解答,推广到圆锥螺旋弹簧。通过对经典的圆锥螺旋弹簧理论的修正,给出了圆锥螺旋弹簧非线性理论解析公式。提出一种计入弹簧大变形的影响的等升角圆锥螺旋弹簧非线性的螺旋弹簧理论。并通过对圆柱螺旋弹簧的精确测量,验证了圆柱螺旋弹簧非线性理论的正确性。而圆锥螺旋弹簧非线性理论公式与圆柱螺旋弹簧非线性理论公式十分近似,故非线性理论同样适合于大变形条件下的圆锥螺旋弹簧。通过对试验所得到的圆柱螺旋弹簧特性经验公式和非线性理论的研究和分析,表明实测结果完全支持我们提出的非线性理论。 弹簧具有良好的柔性,能大量吸收机械能;它还具有优良的可设计性。即应不同的设计要求,通过合理选择材料和参数,得到优良的综合性能(包括轴向变形,侧向变形,应力强度,疲劳强度,承压稳定性以及动力特性)。本文对大变形条件下的螺旋弹簧(圆柱螺旋弹簧、圆锥螺旋弹簧)进行了理论分析及公式推导,且实验数据表明,弹簧的特性曲线在加、卸载过程中,具有良好的重复性和非线性。理论推导和实验数据有力地说明,目前工程上仍然广为使用着的密圈螺旋弹簧和疏圈螺旋弹簧理论(线性理论),对多数工程弹簧并不真实。本文在修正经典理论计算误差的基础上,提出了新的非线性理论解析公式。这一理论与实测结果非常吻合。 下面给出本文的主要内容: 1.对工程弹簧进行系统的综述,对其分类、材料、构造、用途及其力学性能特性曲线进行分析和描述。 2.简述了目前广为应用的圆柱螺旋弹簧和圆锥螺旋弹簧的力学经典理论。给出了主要的理论公式和简明推导过程。指明这些理论的线性属性。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 3.分析了工程弹簧中的线性假设是不真实的,有进行理论修正的必要。 并分别针对第二章所描述的圆柱螺旋弹簧和圆锥螺旋弹簧的非线性 理论作出了分析和研究。首次给出了螺旋弹簧的非线性理论。推导 出了相应的理论公式,并对公式进行了计算误差的分析。 4.对圆柱螺旋弹簧的实验数据进行分析整理,应用典型实验数据,采 用数学拟合技术,将精确实验的测试结果与本文第三章给出的非线 性理论的计算结果进行比较,发现两种结果有极好的吻合。 5.对多根同心圆柱螺旋弹簧组集成的并联组合螺旋弹簧的力学性能进 行了相应的力学分析,首次给出了便于工程应用的理论计算公式。 总之,本文的研究理论、分析方法和运算公式,为螺旋弹簧的运用计算 提供了依据,这些方法将得到更为广泛的运用。 关键词:圆锥螺旋弹簧,非线性,解析公式


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