非线性弹性元件—碟形弹簧,膜片弹簧的力学与数学模型的研究

本文提出了研究碟形弹簧和膜片弹簧的新的力学模型。用梁的大变形理论与一般轴对称壳体Reissnef有限变形理论,建立了符合力学模型和实验资料的新的数学模型——非线性边值问题。应用Green函数方法,将边值问题化为等价的非线性积分方程组,便于理论研究和求解。     

波形弹簧的非线性计算模型

本文应用Ritz法导出了波形弹簧的载荷与变形之间的非线性关系。在推导过程中,同时考虑了弹簧周向曲率、波形曲率、附加弯曲的影响。经过验证,本文计算结果与实测结果相当接近。     

弹簧刚度对被动步行的稳定性影响

由人类步行的生物力学研究得到启发,在被动双足步行机器人的髋关节处引入了扭簧,并通过仿真和试验研究了弹簧刚度对被动步行稳定性的影响.在仿真中,用胞映射方法计算被动步行机器人的吸引盆,并用吸引盆来衡量机器人的稳定性,研究了弹簧刚度对被动步行吸引盆大小的影响. 仿真结果表明, 吸引盆随着弹簧刚度的增大而增大. 在试验中,使机器人在各弹簧刚度参数下沿斜坡向下行走100次,记录下行走到头的次数作为稳定性的度量. 试验结果表明, 存在一个大小适中的弹簧刚度使机器人稳定性最大. 对弹簧提高机器人稳定性的原因进行了分析,对造成仿真与试验之间差异的原因进行了分析.      

斜圈弹簧力学性能的有限元分析

斜圈弹簧在医疗器械、高压开关、汽车工业等领域应用广泛. 但其结构特殊, 受力复杂, 目前尚无有效的理论计算方法得出其载荷位移曲线, 只能通过数值仿真的方法研究其力学性能. 利用有限元软件ANSYS参数化建立环形斜圈弹簧有限元模型, 通过对模型的分析求解, 得出了其主要参数线径、节距、倾斜角与斜圈弹簧力学性能之间的关系. 研究了斜圈弹簧工作状态下的受力变形情况, 计算分析结果为斜圈弹簧的优化设计和合理应用提供了理论依据.     

用于正交各向异性织物仿真的弹簧质点模型

针对正交各向异性织物,本文提出了一种含附加节点的三角形弹簧质点模型．通过冗余自由度的引入和缩聚,能够实现有限元模型和弹簧质点模型三角形单元刚度矩阵的精确相等;据此,针对一般正交各向异性材料常数和单元形状,推导出弹簧质点模型中弹簧刚度系数及附加节点位置的解析表达式,有效解决了传统弹簧质点模型在正交各向异性织物仿真中存在的计算精度不高、弹簧参数选取随意等缺陷;并进一步完善了基于弹簧质点模型的柔性织物空间变形算法．数值模拟表明本文提出的弹簧质点模型和变形算法在进行织物仿真计算时,具有精度好、通用性强等优点．     

建立零长弹簧传热等效模型

零长弹簧作为高精度重力敏感器的核心元件,其温度场分布直接影响重力敏感器的测量精度,由于弹簧结构特殊,为了研究其传热特性,提出建立零长弹簧传热的等效模型。首先通过实验测得零长弹簧电阻温度系数,再设计实验测量零长弹簧的分段阻值变化来反求各段平均温度变化,通过最优化方法计算求解零长弹簧的温度分布曲线,结果表明,该曲线为幂函数曲线。为使零长弹簧可以用等长等直径的圆柱体来代替,利用Ansys进行仿真并建立了一个适于工程应用的导热系数随温度变化表格。仿真结果表明,该表格能够达到用圆柱体代替零长弹簧来研究其传热特性的目的,最大相对误差为2.8%。     

钟形橡胶弹簧的扭转刚度计算

钟形橡胶弹簧的扭转刚度计算赖远明，张孟喜（兰州铁道学院，兰州７３００７０）钟形橡胶弹簧广泛应用于交通运输中，如ＳＳ＿１型电力机车上的中央支承，内燃机车柴油机上的支承座等等。由于其形状复杂，目前还没有相应的扭转刚度计算公式，为此本文导出其计算公式。由于...     

线弹簧和转动弹簧支承粘弹性圆柱体的动力特性

对线、转动弹簧支承三参量模型粘弹性圆柱体轴向流动中的特征方程进行了推导,运用Matlab软件求解了其在轴向流动中的前三阶复频率.给出了当质量比β、量纲为一的延滞时间α和弹性系数比λ一定时,改变量纲为一的弹簧刚度a和转动弹簧b的情况下,三参量模型粘弹性圆柱体的前三阶模态量纲为一的复频率的实部及虚部与流速ν之间的关系曲线图;并分析了量纲为一的弹簧刚度对圆柱体动力特性的影响.研究结果表明:三参量模型粘弹性圆柱体分别处于两端固定和两端自由状态的两种特殊情况:两种情况下,第一阶模态的临界发散速度几乎相同,但当圆柱体两端自由时,第三阶模态发散的无量纲临界流速明显小于两端固定的圆柱体.且当ν=0时,两种情况下的前三阶复频率的虚部都相等.     

长方体形囊式空气弹簧刚度特性研究

本文假设空气弹簧的垂向刚度仅取决于内部气压,从工程热力学的气体多变方程出发推导了空气弹簧的垂向刚度。利用线性薄膜理论推导了长方体形囊式空气弹簧的有效承压面积,采用弹性力学的方法解决了其由帘线交织而成的橡胶囊膜断面的横向切变形问题,推导了横向刚度。并对空气弹簧进行了试验研究,试验结果表明,理论值与试验值吻合良好。     

膜片弹簧应力分布的实验和有限元分析

本文用光弹性贴片法和非线性有限元法对膜片弹簧在小端加载时，弹簧上表面全场应力分布作了研究．实验结果与有限元计算结果吻合良好，并且得到膜片弹簧在危险工况下，其最大应力发生在凹槽边缘中部，否定了目前通用的传统理论所确定的最大应力发生在分离指根部中点的结论     

空气弹簧在大型洗衣机隔振设计中的应用

本文论述了空气弹簧在大型洗衣机脱水工况的隔振设计中的应用.文中详细论述了空气弹簧的力学特性及有关隔振理论,并用机械阻抗法推导了隔振效率,振动幅值及最佳阻尼等公式.最后给出了空气弹簧在国产 XT260大型洗衣机上的应用效果.     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(Ⅱ):参数分析

为模拟地震作用时杆件在变动轴力和双向弯曲的耦合特点,基于简化纤维模型的多弹簧单元模型近年被广泛应用.本文作者在相关论文中提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型空间梁柱单元,杆件的计算模拟精度除了取决于单元模型之外,还决定于两个重要参数:弹簧位置及个数布置、塑性区长度,本文将针对其进行参数分析并提出合理建议取值.本文最后还提出了模拟杆件残余应力的合理弹簧布置方式.     

膜片弹簧应力分布的实验和有限元分析

本文用光弹性贴片法和非线性有限元法对膜片弹簧在小端加载时，弹簧上表面全场应力分布作了研究．实验结果与有限元计算结果吻合良好，并且得到膜片弹簧在危险工况下，其最大应力发生在凹槽边缘中部，否定了目前通用的传统理论所确定的最大应力发生在分离指根部中点的结论     

基于多弹簧模型的空间梁柱单元(II):参数分析

为模拟地震作用时杆件在变动轴力和双向弯曲的耦合特点,基于简化纤维模型的多弹簧单元模型近年被广泛应用。本文作者在相关论文中提出了考虑剪切变形弹塑性刚度影响的多弹簧模型空间梁柱单元,杆件的计算模拟精度除了取决于单元模型之外,还决定于两个重要参数:弹簧位置及个数布置、塑性区长度,本文将针对其进行参数分析并提出合理建议取值。本文最后还提出了模拟杆件残余应力的合理弹簧布置方式。     

橡胶弹簧非线性刚度的有限元解

本文探讨了用双重非线性有限元手段，求解橡胶弹簧的非线性刚度。橡胶的本构关系采用了广义虎克定律和基于应变能的超弹性材料的本构关系联合使用的方案，用单元内的静水压力ｐ，来修正广义虎克定律的弹性常数Ｅ和Ｇ。还提出了带刚性域的超单元和波前凝聚法两种新的办法，获得橡胶弹簧的刚度，使内存用量和ＣＰＵ时间大幅度下降。因而几何、物理双重非线性橡胶弹簧的计算，能在微机上实现。文内选用英国ＤＵＮＬＯＰ橡胶公司橡胶元件     

可用于冲击波灵敏探测的小型PZT弹簧探针

介绍了小型PZT弹簧探针的制作工艺、检测方法以及利用小型PZT弹簧探针进行冲击波测量的实验结果。结果表明，所制作的小型PZT弹簧探针可满足低压下冲击波的灵敏探测。     

碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承热动力润滑性能分析

对碟形弹簧支承圆形瓦推力轴承在稳态运行时的热动力润滑性能进行了分析研究,考察了弹簧弯曲刚度,载荷和转速对轴承的油膜厚度为分布,压力分布,温度分布,功耗及油膜压力中心位置的影响,并提出了温度因子概念,研究表明,较小的弹簧弯曲刚度和载荷有利提高轴承的热动力润滑性能,油膜温度随温度因子的增大而增大,当轴承转速在较大的范围内变化时,温度因子基本为常母,油膜温度敢基本不变,油膜压力中心位于瓦几何中心的上游区     

分子弹簧的隔振机理与力学性能研究

分子弹簧是一种由水和布满微孔的疏水沸石颗粒组成的隔振缓冲介质. 当振动、冲击发生时,随着外力对分子弹簧加载卸载,水分子进出沸石颗粒的疏水微孔,实现能量的存储、释放和消耗. 通过疏水微孔内液柱受力平衡和界面层热力学平衡分别建立了水侵入单条疏水微孔的模型,分段模拟了水分子侵入大量疏水微孔的过程,推导了分子弹簧受压过程中力-变形的关系,采用准静态试验对理论分析结果进行了验证,并计算了分子弹簧的隔振性能,结果表明:理论与试验结果具较好的一致性,分子弹簧在加载与卸载过程中呈现高-低-高的三段分段刚度,使得分子弹簧隔振系统在工作段具有极低固有频率,特别适合于低频重载情况下的隔振缓冲应用.      

螺旋压缩弹簧应力松弛特性试验分析及其应用

本文通过应力松弛试验、理论推导及数值模拟研究了高温下螺旋压缩弹簧的应力松弛规律,并利用加速模型对工况下弹簧应力松弛服役寿命做出预测。首先,根据螺旋压缩弹簧的结构特点搭建了弹簧应力松弛连续动态测试装置,该装置不仅避免了传统测试方法存在的缺陷,而且能够保证试验过程中位移载荷恒定,并实时监测载荷变化。本文以某飞机舱门单锁机构中的螺旋压缩弹簧为试验对象进行了不同温度条件下的应力松弛试验,得到其松弛动力学曲线,并基于Arrhenius模型建立了弹簧在工况下的应力松弛服役寿命预测模型;其次,基于应力松弛和蠕变在本质上的一致性,结合金属材料蠕变规律并根据试验弹簧的受力特点,推导出用于描述试验材料松弛行为的蠕变本构方程,由试验结果获得该本构方程的材料常数;最后,通过该本构方程及材料常数,在ANSYS软件中对试验弹簧的松弛过程进行模拟,结果表明,模拟结果与试验结果误差不大于4%。因此,通过本文方法所建立的蠕变方程对弹簧在不同载荷条件下的应力松弛规律进行仿真分析具有一定的可行性与准确性。     

一种基于非线性弹簧新的球轴承接触有限元模型

基于Hertz接触理论和非线性弹簧模型提出了一种新的球轴承有限元建模方法。所提方法在沟道圆心间设置非线性弹簧,采用Hertz理论建立非线性弹簧力与变形关系,通过非线性弹簧长度判断球体是否与套圈发生接触。数值算例表明该方法人计算结果与Hertz理论解一致,说明该方法可行有效,并且此方法精度较高。