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弹簧质量系统的动态响应及其可靠性设计

作者：郝兵 Publish: 2005-1-4 Hits:-

【中文题名】

弹簧质量系统的动态响应及其可靠性设计

【英文题名】

The Dynamic Response and Reliability Design of Spring Mass System

【学科专业】

机械设计及理论

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2005-1-4

【中关键词】

螺旋弹簧质量系统,特征线法,名义应力疲劳设计,应力谱,57火炮输弹机,

【英关键词】

Helical spring mass system （HSMS）,Characteristics resolution,Noted stress fatigue design,Stress spectrum,Bomb transmitter of 57 cm cannon,

【分类导航】

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【论文摘要】

螺旋弹簧质量系统由于其结构特点及其缓冲作用在几乎所有机电设备和系统中都有广泛的应用。作为一种通用零部件，其各项性能指标特别是强度和可靠性指标受到了国内外广大专家、学者和工程技术人员的普遍重视。而在冲击载荷下弹簧质量系统的可靠性设计更是备受关注但讨论不够深入的课题。鉴于我国在这方面与国际先进水平的差距，此课题的研究有助于在理论和技术上进步，对提高机电设备的可靠性和使用寿命具有一定的应用和参考价值。本文的主导思想是讨沦和分析冲击载荷下螺旋弹簧质量系统的动态响应，并应用名义应力疲劳设计方法估计其平均寿命。本文的主要工作是给出冲击载荷下螺旋弹簧质量系统的数学模型，讨论其边界条件的具体确定方法，并对其特征线解法的正确性和局限性进行了讨论，而且得出比较新颖的结论；提出了将弹簧应力的动态响应分成瞬态响应和稳态响应的切实可行的近似算法，弥补了以往数值算法的缺欠并有独到的见解：首次完成了冲击载荷下利用比较完整、精确的应力谱，对螺旋弹簧的寿命估计工作；结合57火炮输弹机的实例，对其动态响应和寿命进行了实际运算和估计。本文的一些突破，使机械动力学和弹性动力学，关于弹簧的研究达成了融合和一致，并对弹性动力学和可靠性设计...

【论文题纲】

第1章绪论	10-13
1.1 57火炮输弹系统力学和可靠性分析模型	10
1.1.1 57火炮输弹系统的力学模型	10
1.1.2 57火炮输弹系统的特点及其薄弱环节	10
1.1.3 57火炮输弹系统的可靠性分析模型	10
1.2 研究冲击载荷下弹簧质量系统可靠性设计的实用价值和本文宗旨	10-11
1.3 国内外发展状况	11
1.4 问题的难点及本文所做工作	11-13
1.4.1 分析的难点	11-12
1.4.2 本文主要工作	12-13
第2章螺旋弹簧质量系统动态响应的特征法解及其边界条件的确定	13-37
2.1 螺旋弹簧质量系统的数学模型	13-17
2.1.1 螺旋弹簧质量系统的数学模型	13-14
2.1.2 螺旋弹簧质量系统动态响应的特征线解法	14-17
2.2 边界条件的确定	17-36
2.2.1 固定端边界条件的处理	18-20
2.2.2 冲击端边界条件的求得	20-25
2.2.3 冲击端边界条件迭代收敛性的证明	25-27
2.2.4 中间质量块边界条件的求得	27-35
2.2.5 中间质量块边界迭代收敛的证明	35-36
2.3 本章小结	36-37
第3章螺旋弹簧质量系统动态响应的数值法求解	37-48
3.1 数值法求解弹簧质量系统动响应	37-47
3.1.1 数值求解动态响应的简单说明	37
3.1.2 网络划分	37-40
3.1.3 相邻点，1、2、3、4的确定及其相关量的估算	40-44
3.1.4 动态响应的求解顺序	44
3.1.5 几个关键点的响应	44-45
3.1.6 冲击力的处理	45
3.1.7 螺旋弹簧质量系统动态响应求解流程	45-46
3.1.8 算例1	46-47
3.2 本章小结	47-48
第4章弹簧质量系统冲击瞬态响应的近似求法	48-63
4.1 单弹簧质量系统冲击瞬态响应的近似求法	48-54
4.1.1 边界条件的线性化	48
4.1.2 数学模型	48-50
4.1.3 瞬态响应近似解	50-54
4.1.4 本节小结	54
4.2 单位冲量作用下弹簧的应变和剪切应力	54-56
4.2.1 单位冲量作用下的应变分析结果	54-55
4.2.2 单位冲量作用下的剪切应力最大值	55-56
4.3 关于弹簧参数对剪切应力和轴向应变最大值的影响的讨论	56-57
4.4 单位冲量作用下双弹簧质量系统的瞬态响应	57-62
4.4.1 数学模型	57-61
4.4.2 算例2	61-62
4.5 本章小结	62-63
第5章弹簧质量系统冲击稳态响应的近似求法	63-78
5.1 弹簧质量系统稳态响应的数学模型及其响应	63-66
5.1.1 数学模型	63-64
5.1.2 稳态响应	64-66
5.2 弹簧质量系统稳态响应的具体求法	66-70
5.2.1 惯性力与弹性力平衡边界条件	66-68
5.2.2 主振频率的估算	68
5.2.3 主振型的估计	68-69
5.2.4 根据初始条件求出u_1、u_2、v_3	69-70
5.3 应变分布图	70-73
5.4 弹簧质量系统稳态响应算例	73-77
5.4.1 单弹簧稳态响应算例	73-76
5.4.2 双弹簧稳态响应算例	76-77
5.5 本章小结	77-78
第6章弹簧质量系统的可靠性估计	78-95
6.1 可靠性分析方案的比较和选择	78-79
6.1.1 设计方案的筛选	78-79
6.1.2 采用有限疲劳寿命设计方法估计寿命	79
6.2 弹簧质量系统的有限寿命设计	79-87
6.2.1 等幅对称循环应力的有限寿命设计	79
6.2.2 等幅非对称循环应力的有限寿命设计	79-80
6.2.3 弯扭联合等幅对称循环下的有限寿命设计	80-81
6.2.4 弯扭联合等幅非对称循环下的有限寿命设计	81-82
6.2.5 变幅应力下的有限寿命	82-84
6.2.6 螺旋弹簧质量的寿命估计步骤	84-87
6.3 单簧各等效系数的确定	87-88
6.3.1 弹簧理论应力集中系数	87
6.3.2 应力敏感系数q和qt	87-88
6.3.3 有效应力系数	88
6.3.4 尺寸系数	88
6.4 弹簧应力谱	88-91
6.4.1 许用安全系统	88-89
6.4.2 单弹簧应力谱	89-90
6.4.3 双弹簧各端应力谱	90-91
6.5 弹簧质量系统可靠性算例	91-94
6.6 本章小结	94-95
结论	95-97
参考文献	97-98
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果	98-99
致谢	99-100
个人简历	100

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.91914



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