冲击载荷作用下多股簧动态特性试验研究

发布时间：2017-10-01 08:14

  本文关键词：冲击载荷作用下多股簧动态特性试验研究

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【摘要】：多股螺旋弹簧（简称多股簧）是由多股钢丝拧成多层同轴同螺旋方向的钢索后卷制而成的圆柱螺旋弹簧。与单股螺旋弹簧相比，多股簧具有可靠性高、寿命长以及减振效果好等特点，特别适合在高速冲击和振动环境下使用，已受到越来越广泛的关注。多股簧作为减振元件主要应用于航空发动机、自动武器发射系统、车辆减震器和高精度仪表的关键复位零件等领域。 多股簧结构非常复杂，各股钢丝之间复杂的接触摩擦导致多股簧的静、动态响应具有显著的非线性特点，如非线性刚度、非线性阻尼、迟滞特性等，但也使多股簧动态响应的研究比较困难。多股簧在往复运动中用作复进簧时，主要承受高速冲击载荷，弹簧变形速度很快，变形及应力分布很不均匀。目前，国内外学者研究多股簧的比较少，一般都是基于静态载荷模型，对冲击载荷下多股簧的动态响应分析及动态特性的研究较少。因此，，本课题组研发了一套多股螺旋弹簧的动态参数检测设备，检测多股簧在高速冲击条件下的动态运动参数。 本文旨在通过完善多股簧动态参数检测设备及相关理论，分析多股簧钢丝的受力及变形，建立相应的多股簧冲击载荷响应模型，在理论研究与试验相结合的基础上对多股簧受冲击载荷时的动态响应特性展开研究。主要研究工作如下： ①根据钢索拧紧前后受力特性的不同，对多股簧钢丝进行受力及变形分析；并结合第三强度理论和冲击动力学理论对钢丝进行强度校核，分析多股簧所能承受的极限冲击载荷和极限冲击速度；该研究结果不仅为后续的冲击试验提供条件，也可以指导多股簧的参数设计。 ②根据对强非线性刚度的不同处理，建立了多股簧的冲击载荷等效线性模型和非线性改进模型；同时将改进LP法的参数变换原理运用到多尺度法中，求解非线性模型的响应，为后续的试验分析提供理论基础。 ③针对多股簧动态参数检测设备原数据采集方案的不足，基于Windows高精度计数器和相应的数据采集卡驱动函数，开发了Windows界面下的数据采集系统控制软件，实现了微秒级数据采集与实时控制，完善了该设备的数据采集系统。 ④结合理论研究和改进后的多股簧动态参数检测设备，对多股簧进行冲击载荷特性试验研究，分析多股簧受载后的位移、速度及加速度的响应及内部运动规律，以及冲击载荷下的多股簧的阻尼及刚度动态特性。
【关键词】：多股螺旋弹簧 冲击载荷 非线性特性 摄动法 数据采集系统
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH135
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 课题研究背景9-10
• 1.2 多股簧应用实例10-12
• 1.3 国内外研究现状分析12-14
• 1.3.1 多股簧检测设备研究现状12-14
• 1.3.2 多股簧动态特性研究现状14
• 1.4 课题的来源及意义14-15
• 1.5 课题主要研究内容及结构15-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 多股簧受冲击载荷的应力和变形分析18-30
• 2.1 引言18
• 2.2 多股簧冲击问题分析18-19
• 2.3 无中心股多股簧受力分析19-22
• 2.3.1 钢索拧紧前的受力分析19-20
• 2.3.2 钢索拧紧后的受力分析20-22
• 2.4 多中心股多股簧受力分析22-27
• 2.4.1 外层钢丝的受力分析22-24
• 2.4.2 内层钢丝的受力分析24-26
• 2.4.3 多股簧变形分析26-27
• 2.5 多股簧受冲击载荷的强度分析27-29
• 2.5.1 极限冲击载荷27-28
• 2.5.2 极限冲击速度28-29
• 2.6 本章小结29-30
• 3 多股簧冲击载荷响应模型30-41
• 3.1 引言30
• 3.2 非线性系统的振动分析30-32
• 3.2.1 非线性振动系统的分类30
• 3.2.2 非线性振动系统的研究方法30-32
• 3.3 多股簧冲击载荷等效线性模型32-36
• 3.3.1 多股簧等效质量的确定33-34
• 3.3.2 非线性阻尼的等效线性化34-35
• 3.3.3 多股簧线性振动模型35-36
• 3.3.4 多股簧簧圈振动模型36
• 3.4 基于摄动法的非线性改进模型36-39
• 3.4.1 改进模型的分析37
• 3.4.2 改进模型的推导37-39
• 3.5 本章小结39-41
• 4 多股簧动态参数检测设备数据采集系统的改进研究41-56
• 4.1 引言41
• 4.2 设备总体方案及系统组成41-44
• 4.2.1 总体方案设计41-42
• 4.2.2 传感器的安装42-43
• 4.2.3 运动控制系统43-44
• 4.3 数据采集系统44-48
• 4.3.1 结构原理44
• 4.3.2 硬件的选型与设置44-47
• 4.3.3 原采集方案及效果47-48
• 4.4 实时数据采集系统中的 Windows 精确定时方案研究48-50
• 4.4.1 常用定时方法48-49
• 4.4.2 高精度定时方法49-50
• 4.5 数据采集系统控制软件的设计50-55
• 4.5.1 控制流程分析50-51
• 4.5.2 数据采集卡的访问及初始化51-53
• 4.5.3 高速采集的实现53-54
• 4.5.4 软件界面54-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5 多股簧冲击特性试验结果及分析56-65
• 5.1 引言56
• 5.2 试验条件56-58
• 5.2.1 试验多股簧参数56
• 5.2.2 最大试验速度56-57
• 5.2.3 试验设备参数57-58
• 5.3 多股簧冲击振动试验结果与分析58-64
• 5.3.1 多股簧冲击振动响应分析58-61
• 5.3.2 多股簧内部运动规律分析61-62
• 5.3.3 多股簧冲击载荷特性分析62-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 结论与展望65-67
• 6.1 全文总结65
• 6.2 后续工作展望65-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-72
• 附录72
• A. 作者攻读硕士期间发表和录用的论文72
• B. 作者攻读硕士期间取得的发明专利72
• C. 作者攻读硕士期间参与完成的科研项目72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：952354