НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o043.pdf (924.50Кб)

УДК 621.7-97

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

Предметом исследования является винтовая цилиндрическая пружина, применяемая при высоких температурах. Цель работы состоит в исследовании закономерности релаксации напряжений в пружине и оценке её длительной прочности.
Установлены зависимости релаксации пружин, работающих при высокой температуре. По результатам испытаний ползучести при температуре 600℃, конкретизировано теоретическое уравнение ползучести стали, которое затем использовано для анализа при температуре 350℃.
Представлена конечно-элементная модель релаксации пружины, материал пружины - нержавеющая сталь 08Х18Н10, пружины эксплуатируются при температуре 350℃.
В статье излагаются основы теории ползучести, рассмотрены соотношения между скоростью и параметрами ползучести. Проанализировано изменение сжимающих сил ряда пружин при фиксированном значении степени сжатия.
Также проанализировано изменение длин пружин в свободном состоянии после различных этапов высокотемпературных испытаний на релаксацию. Представлены результаты определения величин сжимающих сил и свободных длин пружин при различных степенях сжатия.
Приводится сравнительный анализ теоретического расчета сжимающих сил с результатами экспериментов. Для расчетов в среде Abaqus было использовано компьютерное моделирование. Проведены эксперименты релаксации пружин при фиксированном значении степени сжатия и температуре 350℃. Показано, что результаты моделирования с помочью Abaqus хорошо согласуются с результатами экспериментов. Исследование показало возможность использования параметров уравнения ползучести, определенных на основе экспериментальных результатов при высоких температурах для прогнозирования ползучести и релаксации пружин, работающих при менее высоких температурах. Результаты работы могут служить теоретической основой при конструировании пружин, работающих при высоких температурах.

1. Bai Mingyuan, Liu Xinling. Prediction on storage life of 65Mn springs // Failure Analysis and Prevention. 2007. Vol. 2, no. 4. P. 10-13.
2. Liu Defu. Creep of spring of steel 44Si2CrV at room temperature // Special Steel. 2007. Vol. 28, no. 4. P. 1-3.
3. Stennett N.A., Campbell D.S. Normal force reduction: a variable activation energy process? [electrical contact springs] // IEEE Transactions of Components, Packaging, and Manufacturing Technology-Part A. 1994. Vol.17, no. 1. P. 128-133. DOI: 10.1109/95.296378
4. Shi Chunsheng, Yin Xiyue, Zhao Naiqin. The method of predicting relaxation life of helical springs based on the temperature acceleration of materials: patent CN102507114A China. 2012. 6 p.
5. Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Наука , 2014. 752 с.
6. Liang Haoyu, Duan Zihua. High-temperature creep numerical simulation of 304 stainless steel componet // Journal of Taiyuan University of Technology. 2013. Vol . 44, no . 3. P . 308-311.
7. Сунь Х., Данилов В.Л. Разработка экспериментального устройства для измерения ползучести и релаксации пружин при высокой температуре // VI Международная научно-инновационная молодежная конференция «Современные твердофазные технологии: теория, практика и инновационный менеджмент» : тез. докл. Тамбов , 2014. С . 306-308.
8. Jiao B.L., Zhang J.D. Torsional modes in piezo helical springs // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control. 1999. Vol. 46, no. 1. P. 147-151. DOI: 10.1109/58.741525
9. Сунь Х., Данилов В.Л. Исследование напряженно-деформированного состояния пружины при высокой температуре с помощью ABAQUS // Наука и образование. МГТУ им. Баумана, Электрон. журн. 2014. № 5. С. 217-230. DOI:10.7463/0514.0710723
10. Junqi Qin, Zhao Jin, Changchun Di. Simulation research on reliability enhancement testing of a cylindrical coil spring // World Automation Congress (WAC). 2012. P. 1-4.