[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

摘要

本发明公开了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。该方法过程包括：测试试验温度下螺旋弹簧应力松弛数据并绘制松弛曲线；绘制负荷损失率与时间的半对数曲线并拟合回归方程；绘制松弛因子A、B与温度的关系曲线并拟合回归方程；计算螺旋弹簧实际使用温度下松弛因子A实、B实和计算螺旋弹簧松弛寿命。本发明的优点在于：本发明采用RDL10弹簧应力松弛试验机，与传统的压缩加载卸载法相比降低了误差，提高了精度；采用温度加速的方式预测螺旋弹簧松弛寿命，此方法预测准确率较高，同时大大减少了试验周期，提高了效率，节约了成本。

主权项

1.一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)；γ为常数；T为试验温度(K)；k为波尔兹曼常数(8.6×10^-5eV·K^-1)；对式(2)两端取对数可得式(3)lnvS=lnγ-Qk·1T---(3)]]>系数A为螺旋弹簧应力松弛1h后的负荷损失率，根据式(2)，可以得到：A=∫01vSdt=∫01γe-QkTdt=γe-QkT---(4)]]>对式(4)两边取对数，得到：lnA=lnγ-Qk·1T---(5)]]>3)绘制松弛因子A、B与温度的关系曲线并拟合回归方程：由于弹簧应力松弛第一阶段持续时间短，不足以预测螺旋弹簧松弛寿命，因此利用步骤2)中得到的第二阶段线性回归方程的斜率，利用方程(3)做出lnVs与1/T的关系曲线，再用Origin软件对曲线进行线性回归，得到线性回归方程；将步骤2)中得到的第二阶段线性回归方程的截距，利用方程(5)做出lnA与1/T的关系曲线，同样利用Origin软件对曲线进行线性回归，得到相应的线性回归方程；4)计算螺旋弹簧实际使用温度下松弛因子A_实、B_实：将螺旋弹簧实际使用温度(K)代入到步骤3)拟合得到的两个线性回归方程(3)和(5)中，计算得到螺旋弹簧在实际使用温度下的松弛系数A_实、B_实；5)计算螺旋弹簧松弛寿命：将由步骤4)确定的A_实、B_实代入方程(1)中即得到螺旋弹簧在实际使用温度下的应力松弛方程ΔP/P＝A_实+B_实lnt，由此方程可以确定给定负荷损失率对应的时间t，t即为螺旋弹簧松弛寿命；或者通过该方程由已知的螺旋弹簧实际使用年限确定螺旋弹簧在该使用年限下的负荷损失率ΔP/P的大小，若该值小于规定值则该螺旋弹簧实际使用年限满足使用要求，反之该值大于规定值则不符合使用年限要求。