断路器弹簧应力松弛研究-周勇

＊周　勇,周北岳,李荣华,李小松(湖南理工学院高压电器研究中心,湖南岳阳　414000)摘　要:利用商用有限元软件ANSYS,对真空断路器弹簧操动机构超程螺旋弹簧的非线性蠕变应力松弛现象进行了研究。根据所建立的断路器超程弹簧三维有限元分析模型,求得了弹簧在位移载荷作用下弹簧体内蠕变松弛应力的衰减情况。分析表明在外部载荷作用下,由于弹簧中的弹性变形会向微塑性变形转变,使得弹簧内剩余应力逐渐减小,并表现出了较明显的非线性。并且初始应力越大,蠕变应力松弛速率也会越大,但在稳态阶段,初始应力对残余应力的衰减速度几乎没有影响,研究结果对于今后断路器弹簧操动机构超程弹簧及其它弹簧的强度设计和维护有一定的参考价值。关键词:螺旋弹簧;有限元;应力松弛;强度设计;操动机构中图分类号:TM561　　　文献标识码:A　　　　　　文章编号:1006-4414(2009)04-0036-03Stressrelaxationanalysisofcircuitbreakerover-travelspringZhou　Yong,ZhouBei-yue,LiRong-hua,LiXiao-song(Researchcenterofhigh-voltageapparatus,Hunaninstituteofsciencetechnology,YueyangHunan　414000,China)Abstract:Inthispaper,thenonlinearcreepstressrelaxationbehavioroftheover-travelspringincircuitbreakerisinvesti-gatedbythefiniteelementsoftwareANSYS.Firstly,thefiniteelementmodeloftheover-travelspringinthecircuitbreakeriscreatedbasedonANSYSandPro/Engineer.Secondly,thedecreasinglawsoftheresidualstressesintheover-travelspringarereached.Theresearchresultsshowthattherelationsbetweentheresidualstressesandthetimearenonlinearbecauseofthedislocationmovementinthespring.Inthecreepprimaryperiod,thedecreasingspeedofstressesinthespringisfasterwhentheoriginalstressesordisplacementsarebigger.Butinthecreepsteadyperiod,thedecreasingspeedofresidualstressesinthespringmakesnodifferencewiththeoriginalstressesordisplacements.Theanalyzingmethodandresultscanbeintro-ducedtothefuturedesignandmaintenanceofspringactuatorsincircuitbreakers.Keywords:coilspring;finiteelement;stressrelaxation;strengthdesign;controlmechanism1　　,。。,。[1]。,,,。,。[2]。[3]。[4]65Mn。[5]、[6]。,,,。ANSYS,。。,,,,,。。2　,,,,。,。2.1　60Si2Mn·36·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　··＊　　:(:06FJ3142、2008GK3064、2008GK3057),([2007]3):2009-05-13:　(1976-),,,,。,()。1。ANSYSPro/Engineer,Pro/EngineerCAD,CADANSYS。1　　　nt5n4d/mm12D/mm　32H0/mm77.5E/GPa179v0.252.2　,ANSYS,。ANSYSSolid45。,,mesh200,ANSYS,,1。2.3　,Hook[7]:σ﹒=Eε﹒-f(σ,t)(1):σ﹒;E;ε﹒;f(σ,t)。,,:σ﹒=-f(σ,t)(2)(2):t=∫σ0σtdσf(σ,t)(3)f(σ,t)Ekσn,(3):t=1Ek(n-1)1σn-1t-1σn-1t(4):n,k。(4),,,。3　,k5.12E-16(MPa)-n/hr,n3.1。ANSYS,4mm、5mm、6mm8mm。24mm,vonMises。,、,[8]。,,,。,。,,,。1　3D　　2　vonMises(4mm)　　,4mm727.175MPa,1691h634.614MPa,(4)1683h,1691h,0.5%,。3,。,,,,4mm,,,。,3,,,6mm,500h,83.9%,4mm,500h,96.6%,·37·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　··,,。46mm,。,100h,,,1149MPa,。,。,,。　　5,5200h。,,,,20MPa。,,,。5　4　　ANSYS,。,。,,,。,,,,。:[1]　,　,.[J].,1998(6):50-52.[2]　,,,.[J].,2007,32(4):47-50.[3]　,,,.(1Cr18Ni9)———[J].,1992,28(3):17-22.[4]　,,,.65Mn[J].,2007,32(5):9-13.[5]　,.[J].,2001,23(1):4-7.[6]　　,　.[J].,1997,19(3):57-60.[7]　BlahovecJ.Improvedratecontrolledmodelforstressrelaxationinvegetabletissue[J].Internationalagrophysics,2001(15):73-18.[8]　.(4)[M].:,2003.·38·　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　··