最佳弹簧设计Advanced spring design

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 13:42

究竟是以Von Mises应力来判定，还是以剪应力来判定呢？

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 15:20

在这篇论文中，当量应力的计算采用了简化公式，尤其是两个σ的计算采用了简化公式。

而且根号里面τ的4次方错了，应该是τ的2次方

无标题.png

从公式可见，合成当量应力最小也能达到2倍的剪应力！

基于ANSYS的圆柱螺旋弹簧的强度与疲劳寿命分析_李红艳.pdf (271.33 KB, 下载次数: 0)

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 15:27

而在张英会等所著的《弹簧手册》第3版中，提供了精确的计算公式，用于计算各个应力，以及计算合成当量应力。

无标题1.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 15:38

同样是张英会《弹簧手册》第3版，也提供了简化的计算公式。
那就是：两个σ都等于零，这样的话，当量应力就默认为2倍的剪应力了！

无标题2.png

圆形截面的弹簧丝，应力及变形计算公式

无标题3.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 16:20

按照第一强度理论，只考虑最大主应力，这个对于弹簧来说似乎还算靠谱！

无标题.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-25 16:37

Von Mises应力，其实就是第4强度理论

强度理论.png

但是，弹簧书籍里面的合成当量应力，并没有采用4大强度理论里面的任何一个理论，而是采用了另外的莫尔强度理论

zengxiaodong · 发表于 2023-9-26 11:12

收集了一些弹簧有限元分析的论文资料

弹簧有限元分析.rar (13.58 MB, 下载次数: 0)

无标题1.png

zengxiaodong · 发表于 2023-9-27 08:54

按照《弹簧手册》的计算公式，对于油淬火回火弹簧钢丝冷卷成形的压缩弹簧，如果是静载工况，其许用剪切应力可以为0.6倍的抗拉强度（第2版），0.55倍抗拉强度（第3版），而GB标准中，仅允许0.5倍抗拉强度。

而且，静载弹簧的系数K可以取值为1.0，也就是ASD中的Uncorrected Stress，见下图

无标题.png

对于2000Mpa的TDSiCr-C材料而言，假设取值尽量大的话，许用剪切应力为1200Mpa，上图中剪切应力达到了1299Mpa，略有超过。

zengxiaodong · 发表于 2023-9-27 09:16

但是，前面楼层对该弹簧精确的有限元计算，得到的剪应力为1761Mpa，其Von Mises应力更是超过了3000Mpa，这个当量应力数值已经远远超过了弹簧丝的抗拉强度了！那么，这个弹簧究竟能否承载设定的载荷呢？

退一步来说，按照经验数值，材料抗剪强度一般可以取到抗拉强度的0.707倍，也就是TDSiCr-C的剪切强度估计可以达到1414Mpa，所以按照《弹簧手册》的计算方法，不考虑曲度系数，该弹簧是可以承载设定载荷的，但是处于临界破坏的边缘。

而有限元计算的剪应力，已经超过材料的剪切强度极限，所以肯定会发生剪切屈服破坏；尤其是按照当量应力来考核的话，那就远远超过材料强度极限了，根本就无法承载设定的载荷！

zengxiaodong · 发表于 2023-9-27 11:09

在拉压极限强度相等时，莫尔强度理论退化成为第3强度理论。

无标题.png

悬架弹簧工作应力和刚度分析_骆振兴.pdf (443.19 KB, 下载次数: 0)

账号		自动登录	找回密码
密码			注册