0Cr18Ni9不锈钢弹簧蠕变和应力松弛研究

摘要

螺旋拉伸弹簧应力松弛过程是一个微小变形长期积累的过程，产生的过程很不明显，不易被发觉。而弹簧的蠕变过程中应力是恒定的，应变不断增加的过程，蠕变和应力松弛都会导致弹簧的失效。因此对弹簧的蠕变和应力松弛室温服役寿命进行预测是很有必要的。
　　本文首先制作了动态热机械试验机。其中蠕变试验需要能够保持载荷恒定和保温；应力松弛试验应能够保证加载位移恒定，且能够时刻监测载荷变化，同时还需能够保温。基于 Labview软件，按照如上需求对试验设备进行了设计制作。在进行蠕变和应力松弛试验前，首先对弹簧进行了拉伸试验，以确定进行蠕变和应力松弛试验所需初载荷和温度。由于试验所用弹簧尺寸和载荷较小，对测试所用的位移传感器和力传感器精度要求较高。同时要求试验平台尽可能的无振动和干扰因素。
　　对弹簧进行了不同温度下的蠕变试验，试验结果表明，温度对弹簧的蠕变过程产生较大的影响。绝对温度为443K时的蠕变应变极限为9.6884，稳态蠕变速率为0.12807,；绝对温度为343K时的蠕变应变极限为9.11069，稳态蠕变速率为0.06643。随着温度的升高，弹簧的蠕变应变极限和稳态蠕变速率均增加。之后进行了弹簧在恒温、变载荷与恒载荷、变温下的应力松弛试验。分别研究了初载荷和温度对弹簧的影响。在温度一定的条件下，随着初载荷的增加，弹簧的负荷损失率也增加；在初载荷一定的条件下，温度的升高也会增加弹簧的负荷损失率。最后基于Arrhenius模型对弹簧在室温下的蠕变和应力松弛服役寿命进行了预测。得出该弹簧在室温、服役15年的情况下的蠕变应变极限和稳态蠕变速率、应力松弛负荷损失率。
　　在有限元软件 Marc中建立弹簧的热膨胀有限元分析模型，将得出的分析结果与试验结果进行比较,得出弹簧蠕变试验前受载和加热后的长度。对螺旋结构的线径和半径间的比例关系对热膨胀系数的影响进行了研究，螺旋结构的长径比与热膨胀系数之间不呈线性关系。

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第1章 绪论

1.1 课题研究背景和意义

1.2 弹簧的类型及材料

1.3 加速寿命试验理论与应用

1.4 国内外研究现状

1.5 圆柱螺旋弹簧受力分析

1.6 金属力学性能研究

1.7 弹簧结构热膨胀有限元分析

1.8 主要研究内容

第2章 试验材料及设备制备

2.1 试验材料

2.2动态热机械测试试验装置的结构

2.3 热机械试验机工作原理

2.4 弹簧初载荷的确定

2.5 本章小结

第3章 弹簧蠕变规律研究

3.1弹簧蠕变试验

3.2 弹簧蠕变寿命预测

3.3 误差分析

3.4 本章小结

第4章 弹簧应力松弛规律研究

4.1 弹簧在恒温、不同载荷下的应力松弛

4.2 弹簧在恒载荷、不同温度下的应力松弛

4.3 弹簧室温应力松弛寿命预测

4.4 误差分析

4.5 本章小结

第5章 弹簧热膨胀分析

5.1 弹簧热膨胀测试试验

5.2 弹簧热膨胀有限元分析

5.3 计算结果与实验对比

5.4 螺旋结构有限元分析

5.5 小结

结论

参考文献

声明

致谢