Моделирование напряженно-деформированного состояния тонкостенных манометрических трубчатых пружин с переменным по длине сечением

• Автор: Самакалев, Степан Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тюмень
• Количество страниц: 187 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Постановка цели и задач исследования. Обзор работ, нос вя не 1 ы х м а но м етр и ч ес к и м руж и а м.

1.1. Общая характеристика и принцип действия

манометр ичес ко й пруж и н ы.

1.2. Схемы работы и характеристики манометрической пружины

1.3. Постановка цели и задач исследования.

1.4. Обзор решений задачи расчета пружины с постоянным сечением

1.5. Обзор решений с учетом изменяемости напряженнодеформированного состояния вдоль трубки.

ГЛАВА 2. Напряженнодеформированное состояние пружины перемен I юго сечен ИЯ.

2.1. Гипотеза для расчета пружин с переменным сечением и

ее теоретическое обоснование
2.2. Метод расчета, основанный на теории гибких оболочек
2.3. Задание формы сечения по схеме сечение из элементов постоя н но й кр И ВИЗ ы .
2.4. Характеристики манометрической пружины переменного сечения.
2.5. Опенка скорости сходимости решения для пружины переменного сечения разных конструкций
2.6. Исследование характеристик пружины переменного сечения.
2.7. Описание пакета программ для расчета манометрических пружин е переменным сечением
,
.
.
.
.
Выводы
ГЛАВА 3. Экспериментальное исследование налряженнодеформироваиного состояния пружин
переменного сечения.
3.1.одготовка к эксперименту
3.2. Определение перемещений кончика пружины
3.3. Исследование напряженного состояния пружин.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


При создании во внутренней полости трубки избыточного давления со свободный конец получает перемещение, которое сообщается показывающей стрелке или служит входным сигналом в первичном реле силовой передачи. Перемещение свободного конца пружины под действием избыточного давления можно объяснить следующим. При подаче давления во внутреннюю полость манометрической трубки ее поперечное сечение деформируется, стремясь к окружности. При этом наружные продольные волокна переходят на дугу большего радиуса, а внутренние - на дугу меньшего радиуса. На рис. Рис. Рис. Принцип дсйстния пружины. Поскольку волокна стремятся сохранить свою первоначальную длину, поперечные сечения пружины поворачиваются, а ее конец получает перемещение. Таким образом, перемещение свободного конца пружины зависит от деформации ее поперечных сечений. На величину деформации поперечного сечения существенное влияние оказывает его форма. В настоящее время применяются манометрические пружины с поперечным сечением, выполненным в виде «эллипса» (реальное сечение похоже на эллиптическое, но имеет форму скорее овала) или плоскоовальным, применяется также восьмеркообразное сечение и Э-образное. Выбор той или иной формы сечения определяется назначением прибора и необходимой точностью его показаний. В приборах, где требуется минимальный внутренний объем упругого элемента, используются пружины с гашслсобразным сечением и трубчатые пружины с вкладышем. Наиболее распространенные формы сечений показаны на рис. Работа манометрической пружины возможна в двух режимах: кинематическом и силовом. При работе в кинематическом режиме выходным сигналом пружины является перемещение ее свободного конца, а при работе в силовом режиме - усилие, развиваемое пружиной. При работе в кинематическом режиме, в наиболее простом случае, свободный конец пружины перемещается, не встречая сопротивления со стороны передаточно-множитслыюго механизма прибора (работа пружины в режиме свободного хода). Расчет манометрической пружины по этой схеме возможен, когда влиянием реактивного усилия или момента со стороны передаточного механизма можно пренебречь, то есть тогда, когда деформации пружины под действием внутреннего давления много больше, чем деформации от сил сопротивления со стороны передаточного механизма. I _ Очюразное сечение; л • гантелеобразное; е - с вкладышем. Рис. Широко распространенные типы поперечных сечений манометрической пружины. Ист ином сосредоточенной силы: б под действием момеша. Рис. Схемы нагружения и кинематическом режиме. Реактивное усилие или момент, приложенные к свободному концу пружины вызываюг обратную деформацию пружины, что снижает точность показании приборов и сужает пределы их измерений. Поэтому в манометрах на низкое давление, вакуумметрах, манометрических термометрах, при расчете манометрической пружины необходимо учитывать действие реактивного усилия или момента. Схемы нагружения пружины в этом случае показаны на рис. Появление реактивного момента обусловлено конструктивными особенностями приборов и сопровождается возникновением и сосредоточенного усилия []. При расчете пружин, работающих в таких условиях, используется принцип независимости действия сил: полное перемещение конца пружины определяется как геометрическая сумма перемещений отдельно от действия момента и силы [8]. Свойства манометрических пружин принято оценивать рядом характеристик, основной из которых в кинематическом режиме работы является чувствительность. Употребляются два определения: «чувствительность по ходу» и «чувствительность по углу раскрытия». Первая представляет собой отношение величины перемещения конца трубки к избыточному давлению - L/q, учитывая тем самым радиус пружины и величину ее центрального угла. Для того чтобы охарактеризовать влияние формы сечения на изменение кривизны, введено определение чувствительности по углу раскрытия - ^/у'Уц' где Е “ модуль Юнга. Введение понятия «жесткость», позволяет оцепить величину деформаций, которые получает пружина иод действием сосредоточенной силы или момента, приложенной к се свободному концу - Q/L, (здесь Q - сосредоточенная сила или момент).