螺旋弹簧疲劳破坏的研究及其寿命估算方法的分析

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1、万方数据万方数据一22—2003年第43卷第4期试验技术与试验机8F，DlK2、r～2r1+砭2孑(育+了)最大主应力(拉)和主平面与弹簧中心轴线成45。的平面内(如图2)。8F，DlK．2、a2引一2搿L可+了，7cnⅡ)而实际上弹簧裂纹开裂方向正是与最大主拉应力方向相垂直。这对裂纹的应力强度因子为张开型：dl=啦~／他，a为裂纹长度，幽2弹簧内径表面应力状态由于弹簧材料(高碳素弹簧钢丝或65№等)均为含碳量高的金属材料，其强度高，塑性差，断裂状态属于正断型，沿最大拉应力方向呈疲劳开裂，而不可能是沿截面最大切应力方向的切断型，多次试验

2、结果证明这种理论分析的正确性。3弹簧钢丝裂纹扩展速率与寿命估算分析大量疲劳试验表明，尺寸大约为0．Olr姗量级的微裂纹源常常早在整个寿命的10％以内就已经在一些微观应变不均匀的地区或应力集中处形成，而由这微型裂纹扩展到宏观可测裂纹又占疲劳寿命的主要部分，而有的材料由于冶金缺陷和损伤等原因，予先就有初始裂纹存在。因此，疲劳寿命问题，实质上就是裂纹扩展问题。根据弹簧的工作载荷情况，弹簧的疲劳问题属于高周应力疲劳，材料裂纹尖端塑性区远比裂纹长度或其它特征几何尺寸小的多，故可用线弹性断裂力学方法来分析问题。众所周知，在线弹性断裂力学中，疲劳裂纹

3、扩展速率常用P撕s公式：黑=c(馘)“(1)面2乙L幽J—Ll，C，m为待定常数，取决材料和裂纹形状。由试验测得：△KI=她Y~／7Ga(2)Y为决定于构件及裂纹的几何形状因子。将(2)式代入(1)式：煮=c(Y‘衄石)”积分得：ra～{mda：flc(√池。)mdNJ～Jo式中a0一初始裂纹长度af一断裂时裂纹长度’假定血。为常量，m≠2时，最后求得断裂次数：Nf=击“{m一蠢牛)‘丽志孑(3)按(3)式即可估算出弹簧断裂时的寿命。而实际上弹簧疲劳实验数据比按(3)式计算出的寿命要低很多，而主要原因是裂纹在扩展过程中，△d。(△KI)

4、不是一个常量，它会随着裂纹长度a的变化而变化，而且越变越大，因此(3)式就有一定的近似性。上述估算方法有待进一步从理论上研究，以求得与实验大致符合的估算公式，是我们今后的任务。目前，在实际应用中，弹簧疲劳寿命仍借助于实验统计方法求出。4测试弹簧寿命的方法目前弹簧疲劳寿命测试多采用抽查方法，如果每个弹簧都做疲劳测试是不允许的，根据疲劳累积损伤理论，多次试验必然会造成弹簧整个使用寿命的降低。抽查试验是在多工位疲劳试验机上进行，抽查数目越多越接近实际情况的真值，但太多了又会给试验工作带来麻烦。(下转46页)万方数据螺旋弹簧疲劳破坏的研究及其寿

5、命估算方法的分析作者：郝凤祥作者单位：济南第二试验机厂刊名：试验技术与试验机英文刊名：TESTTECHNOLOGYANDTESTINGMACHINE年，卷(期)：2003,43(4)参考文献(4条)1.蔡其巩查看详情19762.宫本博弹塑性断裂力学19803.颜鸣皋金属疲劳裂纹扩展规律及其微观机制4.机械设计手册本文读者也读过(10条)1.韩晓娟拉压螺旋弹簧的疲劳强度设计[期刊论文]-机械设计与制造2002(2)2.李仕华隔振系统中圆柱形螺旋弹簧力学性能的分析[期刊论文]-锻压机械2000,35(1)3.陶刚.马岳峰.陈慧岩高速响应电磁

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8、riodical_syjsysyj200304008.aspx