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压缩(波)弹簧的背景下存在应变能量和弹性?

通过丹妮尔柯林斯|2020年1月7日

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当压缩或拉伸载荷作用于弹簧(或任何弹性材料)时,载荷作用于弹簧,使弹簧发生形状变化(拉伸或压缩)。这种形状的变化产生了一种势能,称为应变能- 在材料中。

典型的压缩弹簧经验剪切和扭转压力并从两个胁迫存储应变能量。波浪弹簧,然而,只经历剪应力(没有扭转),因此,具有较低的应变能,这意味着它们可以施加更高的力-或抵抗更高的负载-比标准压缩弹簧。

波浪弹簧比传统的压缩弹簧体验较少的应变能量。
数据礼貌P. Ravinder Reddy和V. Mukesh Reddy


应力是施加在材料上的载荷除以材料的横截面面积。应力使材料改变其形状,而应变是由于应力而发生的变形。


遵循的材料胡克定律-包括大多数压缩弹簧和波弹簧-会根据所施加的力的比例产生挠度或位移。

应变能

f =施加力(n)

k =弹簧常数(n / m)

δ =挠度(m)

波弹簧具有相对线性的弹簧常数,在一定的挠度范围内提供一致的力(或相反地,在一定的力范围内提供可预测的挠度)。

典型波弹簧的偏转特性(理论与测量)。
图像信用:smalley

春天的行为通常在力偏转图中描绘,其示出了弹簧经历的一系列力的偏转量。力偏转曲线的斜率表示弹簧常数,并且曲线下的区域等于由负载取代弹簧的负荷完成的工作。在距离上施加的这种工作力 - 表示存储在弹簧中的潜在能量(应变能量)。(关于工作精力关系的更多信息,请参阅下面的注释。)

弹簧的能量

应变能由上面的弹簧方程,将kδ代入F…

应变能

U =应变能量(NM,J)

δ =挠度(m)

f =施加力(n)

k =弹簧常数(n / m)


应变能是弹性的,也就是说,当载荷被移除时,材料趋向于恢复。当载荷被移除时,材料通过释放应变能而恢复到原来长度或形状的能力称为应变能弹性.弹性好的弹簧可以承受更大的挠度,产生更大的力。最好的性能来自具有高允许挠度(回弹性)和高允许力的弹簧。

回弹性通常表示为回弹性模量,即材料在单位体积内所能储存的应变能没有引起永久变形.弹性模量可以通过取材料的应力-应变曲线下的面积,直到弹性极限(近似等于屈服点)来得到。

Ur=弹性模量(n / m2、Pa)

σ.y=屈服应力(N/m2Pa)

ε.y屈服应变(无量纲)

E =弹性模量(N/m2、Pa)


关于功和能量的笔记

在对象上完成工作时,其能量会通过等于所做的工作的金额来更改。

在弹簧的情况下,它是势能(称为应变能量)改变。换句话说,弹簧的应变能量等于在弹簧上完成的工作。


了下:运动控制提示


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