最佳弹簧设计Advanced spring design

zengxiaodong · 发表于 2023-10-10 20:37

另外一个名词术语：预应力弹簧

prestressing of compression springs-part1.pdf (102.04 KB, 下载次数: 1)

prestressing of compression springs-part2.pdf (99.21 KB, 下载次数: 1)

上面文章引用的老参考文献

Analysis of Torsional Deformation by Rigid Plastic Finite Element Method Using R.pdf (537.38 KB, 下载次数: 1)

On the Effect of Plastic Spin on Large Strain Elastic-Plastic Torsion of Solid Bars.pdf (1.8 MB, 下载次数: 1)

Analysis of Elastic-Plastic Torsion of Circular Bars at Large Strains.pdf (1.15 MB, 下载次数: 1)

Surface residual stresses induced by Torsional plastic pre-setting of solid spring bar.pdf (3.97 MB, 下载次数: 1)

Analysis of the Elastoplastic Response in the Torsion Test Applied to a Cylindri.pdf (11 MB, 下载次数: 1)

Analytical Solutions for Circular Bars Subjected to Large Strain Plastic Torsion.pdf (914.31 KB, 下载次数: 2)

zengxiaodong · 发表于 2023-10-10 21:59

为了计算弹簧超过弹性极限时的行为，必须进行假设以简化所使用的模型。一个这样的假设是说弹簧指数C很大，因此弹簧可以被认为基本上是一个扭转的直杆。这种情况是因为弹簧在压缩过程中产生的主要应力是扭转应力

对于弹塑性扭转分析，有一些硬化定律可以使用。Wu和Van der Giessen[2]编写了一份报告，详细说明了如何使用各向同性和运动硬化定律来描述线性硬化和幂律硬化材料的行为。他们的结果表明，在小扭转角下，这两个定律给出的预测几乎相同，只有在大扭转角下才会出现相当大的差异。

Wahl[1]提出了三种预测硬化行为的方法，并将其直接应用于螺旋弹簧的预应力。第一种方法是说不存在应变硬化，第二种方法使用线性应变硬化，而第三种方法使用一般的应力-应变关系。第三个模型是最复杂的，因为它考虑了曲率和直接剪切的影响，尽管它使用了材料完全塑性的假设。

正如Wu等人[3]所建议的那样，用代数方法评估弹塑性扭转方法获得的方程通常很困难。需要使用专用有限元模型等数值方法。有限元模型允许对弹簧进行完全建模，或者如果需要更简单的解决方案，则可以使用上述假设将弹簧建模为扭转中的直杆。所使用的软件包允许以应力分布的二维和三维图的形式呈现结果。

然而，有限元模型中存在固有的不精确性问题。弹簧的复杂几何形状使得创建一个包含剪切、扭转和张力影响的三维模型变得困难。正如Park和Yang[4]所发现的那样，必须谨慎选择边界条件，并使用实验结果来验证预测的准确性。

zengxiaodong · 发表于 2023-10-11 09:51

One and two-dimensional residual stress profiles have been extensively studied for the cold rolled helical coil springs by using neutron strain scanning in conjunction with 1 mm spatial resolution. The residual hoop stress distribution after cold coiling has been explained qualitatively by considering the simple bending of a round bar beyond its yield point as a mimic of the spring coiling process. Post coiling treatments to alter the detrimental stress distribution were studied and observed. The hot peening process stage contributed the largest changes in the residual stress conditions. The detrimental tensile hoop stress condition that existed at the internal bore region after cold coiling has been reduced by approximately 400 MPa to a stress value close to zero.

利用中子应变扫描和1mm的空间分辨率，对冷卷螺旋弹簧的一维和二维残余应力分布进行了广泛的研究。通过将圆棒的简单弯曲超过其屈服点作为弹簧卷绕过程的模拟，定性地解释了冷卷后的残余环向应力分布。对改变有害应力分布的卷取后处理进行了研究和观察。热喷丸工艺阶段对残余应力条件的变化最大。在冷卷后存在于内孔区域的有害拉伸环向应力条件已经降低了大约400MPa至接近于零的应力值。

zengxiaodong · 发表于 2023-10-11 10:27

中子应力扫描（Neutron stress scanning）是一种基于中子衍射原理、可测量材料与大型工程部件内部三维应力分布的无损检测技术。另外，配合容易加载试样环境条件设备的优势，该技术也可用于原位研究材料在服役条件下多尺度（微观、介观及宏观）应力分布及其演化规律。欧洲经济合作组织的一份技术报告指出, 中子应力分析与中子小角散射技术对于工程领域而言具有非常必要的价值。

中子衍射测应力的基本原理与X 射线衍射法类似。当波长为λ的中子束通过晶体材料样品时，对应晶面间距d0在满足布拉格关系（l = 2d0sinq0）的位置即出现衍射峰。常波长模式下，不同类型内应力引起相应衍射峰不同的峰形变化（偏移或宽化）。典型地，第I类内应力（也称宏观应力）作用导致晶面间距的变化（Δd），从而引起相应衍射峰的峰位偏移（Δq）。因此，可以根据衍射峰角度的变化可确定弹性应变值。在飞行时间模式下，布拉格角q保持不变，此时根据波长变化确定应变。根据测得的应变，基于一定的假设用广义胡克定律进一步计算相应的应力项。

中子应力扫描的技术优势主要来自于中子探针对大多数材料的无损深穿透性。因此，可满足工程部件整体测试的要求，适合测试大体积形状不规则材料或构件的三维应力分布。以测量对象高强度Al合金为例，已有工作基于中子应力分析技术测试了其内部残余应力分布，测量深度达到约20(长)、7(宽)、5(高) cm。另外，中子衍射可提供近立方的规范体积（有利于复杂外型构件的测试并提供三维应力信息）、合适且可调的空间分辨(mm量级)，从而可较系统、准确地测得残余应力分布，并适合用于检验有限元计算结果。相较而言，采用同步辐射X射线时，规范体积为狭长菱形(类似钻石)，不利于测试复杂外型构件，也不易实现整套应力组元(三维)测试。

zengxiaodong · 发表于 2023-10-12 11:21

zengxiaodong 发表于 2023-10-10 20:37
另外一个名词术语：预应力弹簧

关于预应力、弹塑性这方面的基础专著，建议阅读下面这本

应用弹塑性力学 [徐秉业，刘信声著].part1.rar (5 MB, 下载次数: 0)

应用弹塑性力学 [徐秉业，刘信声著].part2.rar (5 MB, 下载次数: 0)

应用弹塑性力学 [徐秉业，刘信声著].part3.rar (5 MB, 下载次数: 0)

应用弹塑性力学 [徐秉业，刘信声著].part4.rar (2.97 MB, 下载次数: 0)

seehong · 发表于 2023-10-21 15:59

谢谢楼主

zengxiaodong · 发表于 2023-11-7 15:48

又出新版本了

zengxiaodong · 发表于 2023-11-13 15:06

在这个资料中，汽车悬架弹簧许用剪应力，取了0.63倍的弹簧钢丝屈服强度。但是，一般弹簧钢丝的强度指标是抗拉强度！

无标题.png

轿车悬架螺旋弹簧的设计共28页文档.ppt (4.17 MB, 下载次数: 0)

zengxiaodong · 发表于 2023-11-14 14:30

如果螺旋压缩弹簧的端部不并紧、不磨平（或者稍微磨去一点点角），那么弹簧的制作成本将会降到最低，材料成本也是最低的。

问题是，此时弹簧的受力不好，造成偏心压缩，假如弹簧设计成整数圈（略微多一点），在端头稍稍磨平一点点的情况下，可以使得弹簧两端的受力在轴向上重合为共线，则弹簧从总体上来说，并不是偏心受压了！

下图是总圈数为10.05的情况，为了保险起见，该压缩弹簧使用了有导向的工作方式。

jasonjancao · 发表于 2023-12-13 13:18

安装后不能用，还我钱来

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