考虑水平效应的模块化圆柱螺旋弹簧力学性能研究

来源：振动与冲击杂志2025年第18期北京时间：

作者：汪大洋，李清庆，王星98869，朱勇

单位：广州大学土木与交通工程学院，广州510006

摘要：圆柱螺旋弹簧沿其轴向的力学性能及其应用研究已非常丰富，但其在轴压作用下的水平力学性能研究仍非常鲜见。本文以模块化圆柱螺旋弹簧为研究对象，基于力学性能试验探究了模块化弹簧的刚度、极限压剪、频率相关性、加载次数相关性以及疲劳等水平、竖向力学行为，提出并验证了模块化弹簧的水平、竖向力学计算模型，以40SiMnVBE材料S-N曲线为基础，通过引入综合修正系数建立了模块化弹簧的S-N曲线。结果表明，模块化弹簧的水平刚度随轴向预压值的增大而增大，水平刚度具有方向性，0度方向高于90度方向，不同预压值下其随水平加载频率、加载圈数以及加载位移的相关性均较小；模块化弹簧的水平极限位移亦随轴向压缩量的增大而增大，增幅达30%，经历反复水平极限加载后模块化弹簧性能稳定，具有优越的自恢复能力；所提水平、竖向力学计算模型能够很好地反映模块化弹簧的力学行为，轴向、水平刚度理论与试验值误差分别为3.54%、1.32%；模块化弹簧经历107次轴向疲劳测试后，力学性能稳定外观形貌无损伤，基于综合修正系数建立的弹簧S-N曲线能否反映其疲劳性能。<br>

关键词：圆柱螺旋弹簧；水平效应；极限压剪；力学模型；疲劳