斜圈弹簧非线性刚度及其松弛行为研究

摘要

目前，斜圈弹簧由于其刚度特殊的非线性特征，在高压电力连接、高性能密封设备中普遍使用。松弛现象是弹簧失效的主要形式，为了使斜圈弹簧作为高压连接件或者是高性能密封件时能够长时间的满足工作需求，研究斜圈弹簧的松弛特性预测其使用寿命尤为重要。本文从斜圈弹簧的空间曲线方程出发，主要改进了弹簧的非线性刚度理论同时推导出弹簧的应力松弛理论。其研究内容如下：　　(1)斜圈弹簧非线性刚度理论。采用参数化建模思想，以单圈斜圈弹簧为研究对象，采用新方法创立一套有效的理论计算斜圈弹簧刚度的方法。并对斜圈弹簧结构进行参数化分析，得出弹簧节距、倾斜角、线径、线圈宽度、旋绕比等参数对结构刚度性能的影响分析。该理论计算弹簧刚度的方法对比于之前的方法精确度高、适应各类弹簧，并且有助于对斜圈弹簧的非线性机理的认知，对于斜圈弹簧在结构设计的优化、生产与检测提供了理论支撑。　　(2)斜圈弹簧应力松弛理论。首先通过研究蠕变与应力松弛的关系，选择了适应于大应力范围的蠕变模型，建立起基于Altenbach-Gorash-Naumenko蠕变理论的应力松弛方程。并采用微分进化算法对蠕变模型中材料参数进行拟合。其次，针对斜圈弹簧内部所受应力力多维的情况，采用多维蠕变理论与能量方法相结合得出斜圈弹簧应力松弛结果。并分析了斜圈弹簧的松弛特性和弹簧寿命预测与提高寿命的方法。

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