[发明专利]基于温度加速材料应力松弛理论预测螺旋弹簧松弛寿命的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于温度加速材料应力松弛理论预测螺旋弹簧松弛寿命的方法，属于预测弹簧松弛寿命的技术。

背景技术

应力松弛是指在恒应变过程中，材料内部发生由纯弹性应变向非弹性应变转变的过程，即ε_e→ε_p。应力松弛现象是一种普遍存在的现象，它是弹簧的失效形式之一，弹簧作为一种基础零件，在仪表器件、大型机械设备和武器装备中都有广泛的应用，它的应力松弛过程则表现为随时间的延长其弹性逐渐下降，负载能力逐渐降低即压缩或拉伸到相同尺寸达不到应力松弛前所达到的载荷数值，在尺寸上表现为弹簧卸载后自由长度缩短或伸长。因此，使机器的工作效率，仪器仪表的精度、灵敏度，稳定性和可靠性受到极大影响。

目前对弹簧寿命的预测主要有弯曲实验法、扭转实验法和传统的压缩加载卸载法。对于螺旋弹簧而言，弯曲和扭转并非其真正的使用状态，因此应用弯曲实验法和扭转实验法对螺旋弹簧进行寿命预测显然说服力不足，可靠性不足。传统的压缩加载卸载法是指将弹簧压缩至工作高度，测出相应的初载荷，再用夹具将弹簧压缩到工作状态，每隔一段时间卸装，测量其在工作状态下的载荷，将测量数据绘制成曲线，进来预测弹簧使用寿命。此种方法虽然克服了弯曲实验法和扭转实验法的缺点，同时可以成批试验，装置简单、经济的优点，但是此方法由于需要多次加载、卸载，工序繁琐，测量数据人为误差大，实验周期长，其缺点也是显而易见的。由于温度对应力松弛有加速的作用，即温度升高，应力松弛速率增大，因此可以通过在较高温度下进行应力松弛试验，并根据温度对应力松弛的影响规律外推出弹簧实际使用温度下的应力松弛情况。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于温度加速材料应力松弛理论预测螺旋弹簧松弛寿命的方法。该方法过程简单，试验周期短，重复性较高，理论推导简单，预测可靠性高。

本发明是通过以下技术方案实现的，一种基于温度加速材料应力松弛理论预测螺旋弹簧松弛寿命的方法，该方法采用的试验装置为RDL10弹簧应力松弛试验机，对螺旋弹簧分别进行不同温度点下的试验，实时记录各个温度点下螺旋弹簧的承载量、位移、温度、试验时间、运行时间参数，基于温度加速材料应力松弛理论，确定螺旋弹簧松弛寿命的方法，其特征包括以下过程：

1)测试试验温度下螺旋弹簧应力松弛数据并绘制松弛曲线：

在温度范围60℃-200℃内以等温差选取4-8个温度点，弹簧预热5min-40min后，以2mm/min-8mm/min的加载速度将螺旋弹簧压缩到最大承载量的50％-80％后开始试验，试验时长大于10h。松弛试验结束后以采集到的承载量为纵坐标、对应的时间为横坐标分别绘制各个温度点下载荷与时间的变化关系曲线；

2)绘制负荷损失率与时间的半对数曲线并拟合回归方程：

将采集的承载量与运行时间，以螺旋弹簧负荷损失率为纵坐标、时间对数为横坐标分别绘制各个温度点下螺旋弹簧负荷损失率与时间的半对数曲线，由于弹簧松弛过程中应力松弛曲线呈现为斜率不同的两个阶段，用Origin软件分别对两段曲线进行线性回归，得到线性回归方程(1)；

ΔP/P＝A+Blnt                                (1)

式中：ΔP/P称为负荷损失率，ΔP＝P-P_t，P为试验初载荷，P_t为任意时间的载荷，

      A、B为与温度有关的松弛系数；

      其中A和B由阿伦尼乌斯公式(2)推导出：

vs=γe-Q(τ*)kT---(2)]]>

式中：v_s为应力松弛率，等同于B，定义为

Q(τ^*)为某一应力作用下，位错越过障碍所需的激活能(eV)；