[發(fā)明專利]基于溫度加速材料應(yīng)力松弛理論預(yù)測(cè)螺旋彈簧松弛壽命的方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110316848.1
• 申請(qǐng)日: 2011-10-19
• 公開（公告）號(hào): CN102507114A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 師春生;尹西岳;趙乃勤;李家俊;劉恩佐;何春年
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M5/00
• 分類號(hào): G01M5/00
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 王小靜

1.一種基于溫度加速材料應(yīng)力松弛理論預(yù)測(cè)螺旋彈簧松弛壽命的方法，該方法采用的試驗(yàn)裝置為RDL10彈簧應(yīng)力松弛試驗(yàn)機(jī)，對(duì)螺旋彈簧分別進(jìn)行不同溫度點(diǎn)下的試驗(yàn)，實(shí)時(shí)記錄各個(gè)溫度點(diǎn)下螺旋彈簧的承載量、位移、溫度、試驗(yàn)時(shí)間、運(yùn)行時(shí)間參數(shù)，基于溫度加速材料應(yīng)力松弛理論，確定螺旋彈簧松弛壽命的方法，其特征包括以下過程：

1)測(cè)試試驗(yàn)溫度下螺旋彈簧應(yīng)力松弛數(shù)據(jù)并繪制松弛曲線：

在溫度范圍60℃-200℃內(nèi)以等溫差選取4-8個(gè)溫度點(diǎn)，彈簧預(yù)熱5min-40min后，以2mm/min-8mm/min的加載速度將螺旋彈簧壓縮到最大承載量的50％-80％后開始試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)大于10h。松弛試驗(yàn)結(jié)束后以采集到的承載量為縱坐標(biāo)、對(duì)應(yīng)的時(shí)間為橫坐標(biāo)分別繪制各個(gè)溫度點(diǎn)下載荷與時(shí)間的變化關(guān)系曲線；

2)繪制負(fù)荷損失率與時(shí)間的半對(duì)數(shù)曲線并擬合回歸方程：

將采集的承載量與運(yùn)行時(shí)間，以螺旋彈簧負(fù)荷損失率為縱坐標(biāo)、時(shí)間對(duì)數(shù)為橫坐標(biāo)分別繪制各個(gè)溫度點(diǎn)下螺旋彈簧負(fù)荷損失率與時(shí)間的半對(duì)數(shù)曲線，由于彈簧松弛過程中應(yīng)力松弛曲線呈現(xiàn)為斜率不同的兩個(gè)階段，用Origin軟件分別對(duì)兩段曲線進(jìn)行線性回歸，得到線性回歸方程(1)；

ΔP/P＝A+Blnt????(1)

式中：ΔP/P稱為負(fù)荷損失率，ΔP＝P-P_t，P為試驗(yàn)初載荷，P_t為任意時(shí)間的載荷，

??????A、B為與溫度有關(guān)的松弛系數(shù)；

??????其中A和B由阿倫尼烏斯公式(2)推導(dǎo)出：

vs=γe-Q(τ*)kT---(2)]]>

式中：v_s為應(yīng)力松弛率，等同于B，定義為

Q(τ^*)為某一應(yīng)力作用下，位錯(cuò)越過障礙所需的激活能(eV)；

γ為常數(shù)；

T為試驗(yàn)溫度(K)；

k為波爾茲曼常數(shù)(8.6×10^-5eV·K^-1)；

對(duì)式(2)兩端取對(duì)數(shù)可得式(3)

lnvS=lnγ-Qk·1T---(3)]]>

系數(shù)A為螺旋彈簧應(yīng)力松弛1h后的負(fù)荷損失率，根據(jù)式(2)，可以得到：

A=∫01vSdt=∫01γe-QkTdt=γe-QkT---(4)]]>

對(duì)式(4)兩邊取對(duì)數(shù)，得到：

lnA=lnγ-Qk·1T---(5)]]>

3)繪制松弛因子A、B與溫度的關(guān)系曲線并擬合回歸方程：

由于彈簧應(yīng)力松弛第一階段持續(xù)時(shí)間短，不足以預(yù)測(cè)螺旋彈簧松弛壽命，因此利用步驟2)中得到的第二階段線性回歸方程的斜率，利用方程(3)做出lnVs與1/T的關(guān)系曲線，再用Origin軟件對(duì)曲線進(jìn)行線性回歸，得到線性回歸方程；將步驟2)中得到的第二階段線性回歸方程的截距，利用方程(5)做出lnA與1/T的關(guān)系曲線，同樣利用Origin軟件對(duì)曲線進(jìn)行線性回歸，得到相應(yīng)的線性回歸方程；

4)計(jì)算螺旋彈簧實(shí)際使用溫度下松弛因子A_實(shí)、B_實(shí)：

將螺旋彈簧實(shí)際使用溫度(K)代入到步驟3)擬合得到的兩個(gè)線性回歸方程(3)和(5)中，計(jì)算得到螺旋彈簧在實(shí)際使用溫度下的松弛系數(shù)A_實(shí)、B_實(shí)；

5)計(jì)算螺旋彈簧松弛壽命：

將由步驟4)確定的A_實(shí)、B_實(shí)代入方程(1)中即得到螺旋彈簧在實(shí)際使用溫度下的應(yīng)力松弛方程ΔP/P＝A_實(shí)+B_實(shí)lnt，由此方程可以確定給定負(fù)荷損失率對(duì)應(yīng)的時(shí)間t，t即為螺旋彈簧松弛壽命；或者通過該方程由已知的螺旋彈簧實(shí)際使用年限確定螺旋彈簧在該使用年限下的負(fù)荷損失率ΔP/P的大小，若該值小于規(guī)定值則該螺旋彈簧實(shí)際使用年限滿足使用要求，反之該值大于規(guī)定值則不符合使用年限要求。