Механический анализ складывания ленточной пружины в конструкции гибкого шарнира

Аннотация

Исследование посвящено этапу, предшествующему проведению численной оптимизации геометрических параметров гибкого шарнира с ленточными пружинами. Этап включает разработку параметрической расчетной модели и методики проведения на ее основе комплексного механического анализа ленточной пружины. Работа содержит подробное описание как самой параметрической модели, так и методов расчета ленточных пружин с упругопластической моделью материала, используемых в конструкциях гибких шарниров. Представлены приемы практического выполнения прочностного нелинейного расчета напряжений при складывании ленты, определены пределы устойчивости модели ленточной пружины посредством конечно-элементного моделирования, а также способы упрощения расчетной модели. Установлено, что максимальный поворот свободного ребра ленты в расчете ее напряжений в процессе складывания может быть ограничен значением 30°, при котором достигается предел роста напряжений. Это позволит сократить время проведения численного эксперимента с целью оптимизации конструкции гибкого шарнира с ленточными пружинами примерно в 3 раза. Показано, что билинейная модель изотропного упрочнения материала ленты может заменяться линейно-упругой, поскольку предел текучести при параметрической оптимизации задается в качестве критерия. Переход к линейно-упругой модели материала также даст возможность более эффективно распределить вычислительные ресурсы. Полученные результаты в дальнейшем будут применяться при разработке схемы проведения параметрической оптимизации с автоматизированным поиском наиболее рациональных конструктивных решений гибких шарниров с ленточными пружинами.