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瑟. 模式断裂力学在弹簧失效分析中的应用
铁路南京东机务段陆钟
摘要通过对模式断裂力学的概念、计算公式的描述,介绍了模式断裂力学在弹簧疲劳以及失
效分析中的应用。并且,在弹簧领域扩展了模式断裂力学的实际应用范围。
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模式断裂力学简介“年当代专利科技成果博览会”等的约十个金
利用断裂过程中的实际现象,提出理论模式、奖和发明奖。
计算模式、试验模拟和应用模式等等,这是模式断波形裂纹的精细测试分析和应力波理论的
裂力学的一般概念。引入
本文以机车轴箱外弹簧断裂中的冲痕和裂纹将弹簧钢丝视作为一个波导管,应力波在这个
的波纹图形作为模式,完成了应力波的理论、计算、波导管中振荡。波导理论和贝塞尔函数,正好精确
,确实是因应力波的破坏而形成
容的裂纹。
. 弹簧断裂过程“三段模式”的发展型断裂有应力硬核是应力渡源,因而是一个
目前,公认的弹簧断裂,称之“疲劳断裂”。其特纵波。我们用贝塞尔函数,计算出的型断裂应力
征为:“疲劳核心一疲劳扩展一脆断”。这是经典的波的波长应为.,节裂线数应为;与
表示。型断面实测波形的节距.—.Ⅱ和节裂线夹
若认真研究弹簧的断裂细节,可改用精细模式角。即半周内吻合精确。
表示:“应力波源一波形裂纹一应力极限脆断”型断裂为缺陷源衍射,应力波是横波。计算
. 弹簧断面的精细分类:“、、模式”轴箱波长为., 与实测的型断面波纹节距
外弹簧的断面图形分类,可有、、三种类型见.,同样十分逼近【型断裂见图与图、
表。型断裂见图与图。
实质是上述“应力渡核心源”的精细分类,对应此类俗称贝壳裂纹或海滩裂纹,已由应力渡理
显示了“单冲挤核应力源”,“单缺陷源”和“复合源”论确认为是应力渡波纹。这个结论,不仅新颖、具
单核与单缺陷的组合或多缺陷的组合。以有独创性,更具有其深化开发的实用价值,等待我
型断裂占.% ,可引出一个重要的结论:分离端们去利用。
圈避免并圈,将会减少% 的冲击断裂。由此,形. 断裂模式“三段模式”的边界条件的精细计
成了一项实用新型的专利“端圈动态不并圈的螺旋算
压缩弹簧”和一项发明专利“用拓补新结构的螺旋利用、作为该“三段模式”的边界条件,结
压缩弹簧。合应力波理论的计算,我们可完成断裂过程的精细
年,据南京铁道学院的一位教授称,该发计算。简称为:应力波模式计算。实用验证表明:该
明的构思优于国外的高柔性弹簧二项专利已获模式计算简明准确,具有实用价值。

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袁“”、“,、“”断裂的分类统计
断裂断面图象数量百分比% 应力集中源断裂三段
型式模式
冲挤单源冲挤成核一波
. . 单主源形裂纹一脆断
单缺陷源缺陷源一波
. 单主源形裂纹一脆断
双应力源多应力源一
复合裂纹扩展
. 或多源一脆断
注: ”、“”、“”三种断面的照片,见图、图、图。
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图型断裂
图型断裂
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图型断裂
“、、”三模式断裂的分类计算如下:
年一年,共收集了个外弹簧进行应力核边界条件的计算
断裂分析。其分类,见表。由冲击载荷特性和成核形态,可以