硅锰合金弹簧钢力学性能研究

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1、国内图书分类号：国际图书分类号：0344．6；THl35．531．西南交通大学研究生学位论文年姓专二0一三年五月十日ClassifiedIndex：0344．6；THl35．U．D．C：531．SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisMECHANICALBEHAVIORSOFSI．MNALLOYSPRjNGSTEELGrade：2007Candidate：WANGMengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：SolidMechanicsSuperviso

2、r：Prof．ZHAOHuaMay．10，2013西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于I．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密d，使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：土确一^‘日期：Z口f弓．乡．fb指导剥磴轹去终日期：2。f3．多．“西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡

3、献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：参与研究设计了矩形截面扭簧扭转应力松弛试验装置，完成了扭簧常温、高温下的扭转应力松弛试验；通过理论分析和数值计算，确定了扭簧内部的应力分布规律；通过对测试数据分析，建立了硅锰合金弹簧钢剪切模量关于温度和时间的综合影响函数和应力松弛的曲线方程：通过疲劳试验，确定了扭簧的疲劳性能，能满足工程需要。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反

4、上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：王萌日期：2。f弓．箩．I‘摘要弹簧及弹性元器件广泛应用于铁道车辆、飞机、汽车、拖拉机等机械行业，是重要的承载零部件。在其长期服役过程中，主要失效形式有两种：应力松弛和疲劳断裂。弹簧应力松弛和疲劳试验的常见加载方式主要有拉伸压缩和弯曲二类，本文针对矩形截面硅锰弹簧钢进行扭转应力松弛试验研究，同时进行了扭转疲劳试验。本文课题特别设计制作了新型应力松弛试验装置，基于该装置，可以研究扭簧在不同温度下的剪切模量变化规律、应力松弛变化规律。完成了六组矩形截面扭簧的常温和高温应力松弛试验，通过扭矩的变化规律，总结出剪切模量的

5、变化规律及应力松弛的变化规律，建立了硅锰合金弹簧钢剪切模量关于温度和时间的综合影响函数和应力松弛的曲线方程。文中通过自由扭转理论计算、ABAQUS有限元模拟计算，分析了扭簧内部的应力分布规律，确定了扭转加载下剪应力的分布特征，为分析扭簧的应力松弛和疲劳性能奠定了基础。两种计算方法的相对误差在2．5％以内。经过一年的常温应力松弛试验，发现常温下扭簧应力松弛比较缓慢，最大切应力几乎是沿一条水平线上下波动，相对稳定，表明硅锰合金弹簧钢常温下抗应力松弛性能好。经过100小时的高温应力松弛试验，发现扭簧的剪切模量和最大切应力随温度的升高而线性降低：在初期的10～20小时内，剪切模量

6、和最大切应力随时间下降速度比较快，之后下降缓慢；温度在300。C以内，剪切模量和最大切应力随时间的增长而缓慢减小；温度在300。C---,400℃间，剪切模量和最大切应力随时间而显著减小，且减小率随温度的增加而线性增大。三组扭簧常温下的扭转疲劳试验结果表明，疲劳应力最大值发生在扭簧杆件的四条棱边处，加工过程中表面质量和表面光洁度对扭簧的疲劳性能有重要影响，试验结果表明扭簧的疲劳性能满足设计要求。本文对硅锰弹簧钢在常温、高温下的扭转应力松弛及扭转疲劳的试验研究结果，有助于改善扭簧的抗应力松弛和抗疲劳性能，具有重要的工程价值和理论意义，并为研究其它形式弹簧的应力松弛和疲劳提供

7、了有益参考。关键词：扭簧；应力松弛；剪切模量；扭转疲劳AbstractSpringandelasticcomponentswidelyusedinrailwayvehicles，aircraft，automobiles，tractorsandothermachineryindustryaretheimportantbearingparts．Intheserviceprocess，themainfailureformhastwokinds，thestressrelaxationandfatiguefracture．Therear