Оценка неравномерности акустических и упругих свойств рессорных пружин сжатия

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Статья посвящена исследованию акустических и упругих свойств автомобильной и железнодорожной пружин, изготовленных соответственно способом холодным навивки и методом высокотемпературной механической обработки. Для оценки неравномерности акустических свойств использован эхометод многократных отражений, основанный на измерении скоростей продольных и поперечных волн, распространяющихся по диаметру навитого прутка пружины. Специально разработанные проходные электромагнитно-акустические преобразователи поперечных волн осевой поляризации и преобразователи продольных волн на основе гибкой пьезопленки поливинилидентфторида обеспечивают многократное переотражение объемных волн по сечению навитого витка пружины. По результатам измерений скоростей волн рассчитаны модуль упругости, модуль сдвига и коэффициент Пуассона. Установлено, что имеют место различия в неравномерности акустических и упругих свойств по длине навитого прутка автомобильной и железнодорожной пружин. Наблюдается линейное изменение акустических и упругих свойств по длине навитого витка для железнодорожной пружины (от одного торца к другому), обусловленное технологией высокотемпературной механической обработки. Для бочкообразной автомобильной пружины имеет место нелинейное изменение по длине навитого прутка, коррелирующее с диаметром навивки и формированием остаточных напряжений.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. В. Муравьева

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова;
Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: pmkk@istu.ru
Россия, ул. Студенческая, 7, Ижевск, 426069; ул. Т. Барамзиной, 34, Ижевск, 426067

В. В. Муравьев

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова; Удмуртский федеральный исследовательский центр Уральского отделения Российской академии наук

Email: vmuraviev@mail.ru
Россия, ул. Студенческая, 7, Ижевск, 426069; ул. Т. Барамзиной, 34, Ижевск, 426067

П. А. Шихарев

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

Email: pmkk@istu.ru
Россия, ул. Студенческая, 7, Ижевск, 426069

К. Ю. Белослудцев

Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова

Email: pmkk@istu.ru
Россия, ул. Студенческая, 7, Ижевск, 426069

Список литературы

  1. Гупалов Б.А. Повышение качества изготовления рам кузовов локомотивов // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2022. Т. 25. № 1. С. 62—76. EDN PNEVDV. doi: 10.22213/2413-1172-2022-1-62-76
  2. Дементьев В.Б., Ломаева Т.В., Соловьев С.Д. Высокотемпературная термомеханическая обработка в технологии производства винтовых пружин. Ижевск: Изд-во Ижевский государственный технический университет имени М. Т. Калашникова, 2022. 208 с. ISBN 978-5-7526-0969-5. EDN PACJAH.
  3. Григорьев В.М., Макиенко В.М., Соколов П.В. Анализ разрушений пружин пассажирского вагона // Транспорт Азиатско-Тихоокеанского региона. 2015. № 1 (2—3). С. 94—97. EDN UDYKRZ.
  4. Bergh F., Silva G.C., Silva C., Paiva P. Analysis of an automotive coil spring fracture, Engineering Failure Analysis // Engineering Failure Analysis. 2021. V. 129. P. 105679. doi: 10.1016/j.engfailanal.2021.105679
  5. Kumbhalkar M.A., Bhope D.V., Chaoji P.P. Investigation for Failure Response of Suspension Spring of Railway Vehicle: A Categorical Literature Review // Journal of Failure Analysis and Prevention. 2020. V. 20. P. 1130—1142. doi: 10.1007/s11668-020-00918-6
  6. Azhar Husaini, Teuku Е. P. Stress Analysis on an Automotive Coil Spring Due to Speed Effect / Proceedings of the 3rd International Conference on Experimental and Computational Mechanics in Engineering. ICECME 2021. Lecture Notes in Mechanical Engineering. Springer, Singapore. 2023. Р. 148—153. doi: 10.1007/978-981-19-3629-6-16
  7. Шевченко Д.В., Рудакова Е.А., Орлова А.М. Подходы к оценке напряженно-деформированного состояния пружин рессорного подвешивания грузовых вагонов // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2020. Т. 17. № 2. С. 221—232. doi: 10.20295/1815-588X-2020-2-221-232. EDN LKBTSV.
  8. Сунь Х., Данилов В. Л. Анализ остаточных напряжений в винтовых цилиндрических пружинах при высокой температуре // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 6. С. 384—396. doi: 10.7463/0615.0778617. EDN UBZHVZ
  9. Kobelev V. Elastic-plastic work-hardening deformation under combined bending and torsion and residual stresses in helical springs // International Journal of Material Forming. 2010. V. 3. Suppl. 1. P. 869—881. doi: 10.1007/s12289-010-0908-8
  10. Chin C.H., Abdullah S., Singh S.S.K. Probabilistic-based fatigue reliability assessment of carbon steel coil spring from random strain loading excitation // J. Mech. Sci. Technol. 2022. V. 36. P. 109—118. doi: 10.1007/s12206-021-1209-5
  11. Kong Y. S., Shahrum A., Dieter S., Mohd Z. O., Sallehuddin M. H. 2019. Evaluation of Energy-Based Model Generated Strain Signals for Carbon Steel Spring Fatigue Life Assessment // Metals. 2019. V. 9. No. 2. Р. 213. doi: 10.3390/met9020213
  12. Hattori C.S., Couto A.A., Vatavuk J., de Lima N.B., Reis D.A.P. Evaluation of Fatigue Behavior of SAE 9254 Steel Suspension Springs Manufactured by Two Different Processes: Hot and Cold Winding // Experimental and Numerical Investigation of Advanced Materials and Structures. 2013. V. 41. Р. 91—105. doi: 10.1007/978-3-319-00506-5_5
  13. Ostash О.P., Chepil’ R.V., Markashova L.І. Influence of the Modes of Heat Treatment on the Durability of Springs Made of 65G Steel // Materials Science. 2018. V. 53. Р. 684—690. doi: 10.1007/s11003-018-0124-0
  14. Mocilnik V., Gubeljak N., Predan J., Flasker J. The influence of constant axial compression pre-stress on the fatigue failure of torsion loaded tube springs // Engineering Fracture Mechanics. 2010. V. 77. P. 3132—3142. doi: 10.1016/j.engfracmech.2010.07.014
  15. Козлов М.В., Петров А.А., Левчук Т.В. Исследование метрологических характеристик вихретокового метода неразрушающего контроля вагонного парка // Инновации и инвестиции. 2021. № 6. С. 143—146. EDN ZNGJEF.
  16. Fukuoka K., Hasegawa R. Flaw detection for microcrack in spring steel and estimation of crack shape with eddy current testing // International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics. 2018. V. 59. Р. 1—8. doi: 10.3233/JAE-1711
  17. Aravanis T.C., Sakellariou J., Fassois S. A stochastic Functional Model based method for random vibration based robust fault detection under variable non–measurable operating conditions with application to railway vehicle suspensions // Journal of Sound and Vibration. 2019. V. 466. Р. 115006. doi: 10.1016/j.jsv.2019.115006
  18. Li C., Luo S., Cole C., Spiryagin M. Bolster spring fault detection strategy for heavy haul wagons // Vehicle System Dynamics. 2018. V. 56. Р. 1—18. doi: 10.1080/00423114.2017.1423090
  19. Беспалов Д.А., Силаев М.Ю., Ворошилин В.В., Ремшев Е.Ю. Оценка параметров качества винтовой пружины сжатия из стали 65С2ВА акустическими методами // Металлообработка. 2014. № 3 (81). С. 51—54. EDN SLJFER.
  20. Муравьев В.В., Муравьева О.В., Стрижак В.А. Анализ сравнительной достоверности акустических методов контроля пруткового проката из рессорно-пружинных сталей // Дефектоскопия. 2014. № 8. С. 3—12. EDN SYRLJF.
  21. Стрижак В.А., Хасанов Р.Р., Хомутов А.С., Торхов К.А., Пушин П.Н. Оценка чувствительности к дефектам и исследование скоростей волн в трубах-заготовках цилиндров глубинного штангового насоса волноводным акустическим методом // Вестник ИжГТУ имени М.Т. Калашникова. 2024. Т. 27. № 3. С. 86—100. EDN PKTDNX. doi: 10.22213/2413-1172-2024-3-86-100
  22. Муравьев В.В., Муравьева О.В., Владыкин А.Л. Акустические и электромагнитные свойства мартенситно-стареющего железохромоникелевого сплава с добавлением меди при механическом растяжении // Дефектоскопия. 2023. № 5. С. 12—20. EDN YZXLMH. doi: 10.31857/S0130308223050020
  23. Муравьев В.В., Муравьева О.В., Вагапов Т.Р. Акустические и электромагнитные свойства заготовок стволов гражданских ружей // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21. № 1. С. 59—70. EDN KBBVGW. doi: 10.22213/2410-9304-2023-1-59-70
  24. Muravieva O.V., Muraviev V.V., Volkova L.V., Vladykin A.L., Belosludtsev K.Yu. Acoustic properties of 15-5 PH maraging steel after energy deposition // Frontier Materials & Technologies. 2024. V. 2. P. 87—100. EDN ZTZLQF. doi: 10.18323/2782-4039-2024-2-68-8
  25. Муравьева О.В., Брестер А.Ф., Владыкин А.Л. Закономерности фокусировки поля проходного электромагнитно-акустического преобразователя поперечных волн // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26. № 9 (303). С. 27—41. EDN OYSXOJ.doi: 10.14489/td.2023.09.pp.027-041
  26. Стрижак В.А., Пряхин А.В., Хасанов Р.Р., Ефремов А.Б. Аппаратно-программный комплекс контроля прутков зеркально-теневым методом на многократных отражениях // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2017. Т. 60. № 6. С. 565—571. EDN YTPNDZ.
  27. Грищенко А.И., Модестов В.С., Полянский В.А., Третьяков Д.А., Штукин Л.В. Экспериментальное исследование поля акустической анизотропии в образце с концентратором напряжений // Механика. 2017. Т. 10. № 1. С. 121—129. EDN YJQEQZ. doi: 10.18721/JPM.10112
  28. Муравьев В. В., Зуев Л. Б., Комаров К. Л. Скорость звука и структура сталей и сплавов. Новосибирск: Федеральное государственное унитарное предприятие «Академический научно-издательский, производственно-полиграфический и книгораспространительский центр «Наука», 1996. 184 с. ISBN 5-02-031211-8. EDN QCESRR.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Геометрия и принятые обозначения железнодорожной пружины (а); автомобильной пружины (б).

Скачать (223KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Железнодорожная и автомобильная пружины с установленными ЭМА-преобразователями и преобразователями на основе гибкой пьезопленки типа.

Скачать (380KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Принцип действия ЭМА-преобразователя поперечных волн (а) и пьезопреобразователя на основе ПВДФ продольных волн (б).

Скачать (232KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Серии многократных отражений по диаметру навитого прутка для поперечной (а) и продольной (б) волн для автомобильной пружины.

Скачать (903KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Взаимосвязь скоростей поперечной и продольной волн.

Скачать (103KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Результаты 3D-сканирования автомобильной пружины (а); зависимость диаметра навивки по длине навитого прутка (б).

Скачать (248KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Зависимости скоростей продольной (а) и поперечной (б) волн по длине навитого прутка L автомобильной пружины.

Скачать (225KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Зависимости модуля Юнга (а), модуля сдвига (б) и коэффициента Пуассона (в) по длине навитого прутка L автомобильной пружины.

Скачать (362KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Зависимости скоростей продольной (а) и поперечной (б) волн по длине навитого прутка L железнодорожной пружины.

Скачать (157KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Зависимости модуля Юнга (а), модуля сдвига (б) и коэффициента Пуассона (в) по длине навитого прутка L железнодорожной пружины.

Скачать (248KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025