热机械应力施加装置的设计分析

材料产生较为严重的损害，因此在汽车热机械应力施加装置的设计过程中许多生产厂商和设计人员开始注重减少小型试样的受力、并且对装置的加工流程进行简化，从而在此基础上促进热机械应力施加装置的成本更加低廉并且装置制造变得更为可控。因此遵循着这一设计思路汽车生产厂商和设计人员开始进行热机械应力施加装置的相应实验来对其制造进行简化，并且在此基础上对其初步的试验效果进行分析。在这一过程中汽车生产厂商和设计人员需要对其进行深刻的了解并且对热机械应力施加装置的整体设计思路有着清晰的认识，并且对弹簧、螺栓等热机械应力施加装置的主要零部件进行合理的设计与选择。另外需要对热机械应力施加装置其他部件进行灵活、高校的设计，同时在设计的基础上对热机械应力施加装置进行相应的实验和结果分析，从而有效判定其试样受力大小及其弹簧的压缩量是否满足实验的设计要求和汽车的实际应用，最终为该装置在汽车中实际应用水平的提升奠定良好的基础。

热机械应力施加装置的设计最早起源于以铝代钢技术。众所周知近年来随着汽车行业整体水平的持续提升，以铝代钢技术在汽车行业中得到了越来越广泛的应用，并且铝代钢技术的应用对于汽车铝合金铸件可靠性和铸件的微观组织结构的完整性都有着较为重要的提升。但是在这一过程中更好地为了获得具有较强优越性的综合性能合金，工作人员需要对铝合金铸件进行相应的设计、分析、加工、处理等工作。在这些工作的基础上工作人员可以通过相应的研究可以对热机械应力施加装置的生产工艺进行合理的优化，并且通过这些优化对汽车的实际生产进行更加有效的知道。例如，工作人员在热机械应力施加装置的设计分析过程中可以通过研究在不同挤压情况和不同拉伸力情况下铝合金组织的具体性能变化来有效提升汽车中铝合金的整体性能。除此之外，热机械应力施加装置设计分析的进行还能促进汽车铝合金在机械热应力作用下性能得到合理提升和变化，并且根据这一原理对应力施加装置进行设计。众所周知，在现在的汽车工业中较为常用的汽车加力装置往往是大型高温材料试验机或者是大型高温型液压机。这些大型的汽车加力装置往往会对汽车材料产生较为严重的拉伸现象和压缩现象，在这些现象的影响下汽车材料可能会出现较为严重的变形问题，这一问题会在较大程度上影响到汽车零件的灵活性和便捷性，并且对汽车设计的完善程度也产生较为严重的影响，并且大型的汽车加力装置的投资往往也较大巨大同时使用容错率较低，一旦出现使用问题和故障则型的汽车加力装置的维修耗费时间较长同时维修成本也较为巨大。因此根据汽车热机械应力实验的具体要求，工作人员应当注重使用较为简单同时价格相对便宜的设备和材料来进行应力试验，同时将试验结果进行相关规定的研究。例如由于汽车材料的受力能力较小，因此在受到较强应力影响的情况下回产生一定程度的变形（如图1）。根据这一情况工作人员应当将产生受力后的试样和加力装置一起进行试验。除此之外，工作人员在进行热机械应力施加装置的设计分析过程中应当考虑到不同的设计情况，从而在此基础上提升热机械应力施加装置的简易性和灵活性、并且有效控制其造价同时使其能够有效满足相应的实验要求。以铝台金铸件为例子，当在铝台金铸件的研究过程中通过热机械应力施加装置工作人员可以对铝台金铸件自身进行优化改进，从而有效提升铝台金铸件在不同热力情况和挤压情况下的强度变化、韧性变化和性能变化。因此在我国现今的汽车工业中新型热机械应力施加装置的设计和分析取得了良好的实践效果并且使得汽车的价格变得越来越便宜同时提升了汽车设计的灵活性和使用的简易性，最终极大程度上提升了汽车的使用范围。

1 热机械应力施加装置设计方案

设计方案对于热机械应力施加装置的设计分析的重要性是不言而喻的。由于上文已经叙述过热机械应力施加装置的设计会朝着小型的方向发展，从而有效减少对汽车材料和汽车零件的损害，因此在热机械应力施加装置的设计过程中工作人员通过对热机械应力施加装置进行调节可以有效使试样受到不同程度的应力并且对这一应力的大小进行及时的改变。并且考虑到热机械应力施加装置的特殊性，工作人员在设计方案的制定过程中应当注重提升方案的简易性和可靠性并且确保热机械应力施加装置的尺寸得到合理控制同时热机械应力施加装置的的整体设计较为可靠并且装置的结构较为紧凑与此同时能够进行相对便利的维修。因此在热机械应力施加装置的设计过程中工作人员应当首先注重确保热机械应力施加装置保温炉炉膛内的工作空间。其次需要确保这一试样在加力装置的运行过程中能够保证一定的稳固性同时不会产生不滑移现象，因此使零件能够接受较为均匀的受力。并且在工作人员应当确保热机械应力施加装置能够承受280℃左右的高温环境。因此在构思热机械应力施加装置设计方案过程中工作人员需要对装置内部的螺旋弹簧、压样杆、底板、刻度等重要部分进行合理的检查，在这之后将试样进行放置同时将一定的作用力施加在试样上面从而使其进行向下位移同时促使弹簧压缩从而产生弹力。并且由于在弹簧推力的作用下试样会持续向下移动，因此这意味着试样受到了均匀压力的影响（如图2）。在这一基础上工作人员通过对压样杆中指针刻度的变化进行观测能够合理计算出螺旋弹簧的压缩量，并且更进一步计算出试样的具体受力大小。例如，如果在热机械应力施加装置的设计过程中试样的截面积在80mm2左右，则根据相应的计算公式可以得出试样在常温情况下应当接受2MPa的应力影响。如果当试样的受力情况在200N左右则其弹簧刚度应当控制在16N/mm左右。由于通过上文可以得知当工作人员对试样施加不同的应力后试样会受到不同程度的影响。因此相比其它的热机械应力施加装置，这一设计方案具有使用材料较少、设备相对建议、设计成本低廉等优越性。从而在根本上减少了繁琐并且复杂的零部件，并且有效提升了热机械应力施加装置的稳定性和可靠性并且使得热机械应力施加装置的装配更加便利与此同时更加适合于小型试验的具体应用。另外，由于热机械应力施加装置的对象通常是小型试样，因此工作人员在热机械应力施加装置的设计过程中应当注重提升装置尺寸、装置结构的合理性，即促使热机械应力施加装置的结构相对紧凑并且尺寸大小适宜，同时整体装配相对简便，最终促使汽车整体稳定性、灵活性、可靠性得到持续性的提升。

2 热机械应力施加装置零部件设计

在热机械应力施加装置的设计分析过程中零部件的设计的有效进行有着极为重要的意义。这主要体现在弹簧设计、设计前提、参数计算、刚度测量等环节。以下从几个方面出发，对热机械应力施加装置零部件的设计进行了分析。

2.1 弹簧设计

弹簧设计是热机械应力施加装置零部件设计的基础和前提，由于在热机械应力施加装置中其弹簧的种类较多，因此其设计存在一定的差异性。例如在圆柱螺旋弹簧的设计过程中工作人员应当注重根据截面的不同选择不同的设计方案。又例如，圆柱螺旋弹簧通常分为圆形截面圆柱螺旋压缩弹簧和矩形截面圆柱螺旋弹簧以及扁形螺旋圆柱弹簧。在这些不同类型的弹簧设计过程中工作人员应当根据其特性的不同选择不同的设计方案。由于圆形截面圆柱螺旋具有刚度较强、稳定性好、结构简单、制造便利等特性，因此在热机械应力施加装置中往往承担着缓冲、减震、储能、控制等功能。而与此相对的是矩形截面圆柱螺旋弹簧的具有较好的吸收能量的特性，因此往往在热机械应力施加装置中用来吸收热量。而扁形截面的螺旋弹簧具有更好的压缩量，因此在发动机阀门机构和离合器制造、自动变速器等安装等领域有着非常良好的应用。

2.2 设计前提

设计前提对于热机械应力施加装置零部件设计有着极为重要的影响。通常来说热机械应力施加装置零件的设计往往会受到原始条件的影响，即当原始条件中弹簧的最小工作载荷在20N并且最大工作载荷在500N左右时，由于结构因素就会对弹簧的中径数值和弹簧的直径数值以及弹簧的自由高度产生较为明显的影响。除此之外，在热机械应力施加装置零件的设计前提确定过中工作人员应当确保材料的选择符合设计需求。从而使得弹簧能够承受足够的载荷并且能够承受相应的冲击。并且在设计前提的确定过程中工作人员应当注重保持弹簧制造的工艺精密性。这种良好的工艺精密性能够使得弹簧具有较好的抗疲劳强度，即在汽车长时间运行时仍然能够保持较高的零件强度并且能够较好的满足汽车的运行需求和工作需求。

2.3 参数计算

参数计算对于热机械应力施加装置零部件设计的重要性是不言而喻的。在零件参数的计算过程中工作人员应当注重原始条件假定的正确性，从而在此基础上确保公式的正确性。在这之后工作人员应当通过验算来确保弹簧材料的直径等参数的计算是正确并且精确的。除此之外，在弹簧的参数计算工作过程中，由于其所受到基本载荷和循环载荷的影响较小。因此在这一前提下弹簧工作的极限载荷参数可以通过相应的计算公式进行计算并且得出。另外，在这一过程中工作人员应当注重弹簧有效圈数、弹簧刚度等参数（如图3）计算精确性的提升，例如在某个热机械应力施加装置零部件设计过程中工作人员通过相应公式可以算作该装置的弹簧有效圈数为9圈。并且与此相对应的是的弹簧稳定性和高径比这一参数的联系较为紧密。因此在这些参数的计算过程中工作人员应当注重保持参数的关联性，而在这些关联性参数的计算过程中工作人员需要进行参数稳定性的验算。最终促进热机械应力施加装置零部件设计精确性的有效提升。

2.4 刚度测量

刚度测量是热机械应力施加装置零部件设计的重中之重。根据相关物理学定义，弹簧的刚度往往是指载荷增量与变形增量之间的比值，即在产生单位变形过程中所需要的载荷。在热机械应力施加装置中其弹簧的刚度具有线为渐增的特性，即热机械应力施加装置中的弹簧刚度会随着载荷的增加而不断增大。但是也存在部分直线型的弹簧，即这些弹簧的刚度不会随着载荷的变化而产生变化，即热机械应力施加装置中的刚度始终是一个常数。在热机械应力施加装置的刚度测量过程中工作人员需要通过适当的计算来确定弹簧的具体参数。例如在弹簧载荷发生变化时其记录其变形量数据，然后根据这两个数据算出相应的弹簧刚度。由于弹簧刚度测量需要在弹簧设计、参数计算等工作完成后进行，因此在弹簧的刚度计算过程中工作人员需要进行两组的对比测量，通过两组测量数据的有效对比进行较为有效的判断。如果判断其基本情况符合则可以进行圆柱螺旋弹簧的刚度测量，然后在刚度测量的基础上通过高温测量的进行对可以对高温情况下刚度的具体情况进行有效的分析，即对弹簧的具体稳定性进行更加有效的判定。最终得出该弹簧符合热机械应力施加装置的设计条件，即有效提升弹簧等重要零件的设计合理性。

3 热机械应力施加装置其他部件设计

除了弹簧等重要零件的设计，在热机械应力施加装置的设计分析过程中其他部件设计的合理进行也是提升装置有效性、合理性的重要内容。由于热机械应力施加装置在不同温度和不同震动载荷作用的影响下会出现不同的运行状态，因此在热机械应力施加装置其他部件的设计过程中工作人员应当注重根据温度和载荷函数的关系来进行设计工作。这一关系主要体现在热机械应力施加装置的园片、薄膜等零件的设计过程中。除此之外，在热机械应力施加装置其他部件的设计过程中工作人员可以通过压缩、针入、拉伸、弯曲等方式对试样进行载荷的施加。与此同时当试样的长度出现较为明显的变化时，工作人员可以差连同温度、应力数据和应变数据对其进行分析，在分析的基础上进行相应零件的有效设计。另外，由于热机械应力施加装置具有高精度要求因此在设计过程中工作人员应当注重确保足够的测量范围并且对应力、应变控制技术进行有效应用同时采用线型载荷模式，用以测量试样的动态力学性能和最大载重分析。例如为了更加有效的确保弹簧在压样杆上能够进行较为灵活的运动，工作人员在进行热机械应力施加装置的设计时应当注重满足压样杆的具体直径和弹簧外径能够较好的进行契合，这也较为集中的体现在了小端直径会稍微小于弹簧的内径。另外，在热机械应力施加装置的设计过程中工作人员可以将下底板和弹簧进行相同尺寸的设计，这种设计方案能够促使热机械应力施加装置显得更加上下对称同时结构更加简单，因此在实验过程中能够更好地简化工作人员的操作。在进行加力螺栓的选择时，工作人员应当注重考虑到底板面积和保温炉的具体尺寸，从而使得这一型号的加力螺栓能够有效满足热机械应力施加装置的具体设计要求。除此之外，工作人员通过热机械应力施加装置其他零部件进行合理的设计、选用和装配，能够有效提升热机械应力施加装置的整体性能。例如其他零部件进行合理设计的进行能够使得汽车零部件在运行过程中能够保持较好的灵活性和自由行，同时受到应力和阻力的影响能够相对减少。并且在机械应力施加装置的设计分析过程中工作人员往往需要具体考虑保温炉的尺寸和底板面积的大小并且通过计算满足设计要求，从而在这些零件设计完毕后工作人员可以将其取出后进行观察从而进一步分析研究铝合金材料在不同热机械应力作用下的具体变化情况。

4 热机械应力施加装置实验及结果分析

热机械应力施加装置实验及效果分析是热机械应力施加装置的设计分析的重中之重。工作人员可以通过对进行应力加力后的铝合金试样进行微观观察和组织结构分析和性能检测来对试样进行效果分析。在这一过程中由于铝合金试样在进行截取时就存在大小各异、形状不同的情况，因此工作人员在对热机械应力施加装置进行载荷实验的过程中应当确保试样所承受的应力和弹簧的压缩量是不同的。在这一前提下为了更好地验证不同载荷情况下试样的应力承受情况和热机械应力施加装置能否较好的满足设计要求，工作人员可以将不同的试样进行分组，即将5个实验用试样划分为A、B、C、D、E五个分组并且对每个试样进行不同的加力分析。在加力分析的过程中为了提升相关计算的便捷性，工作人员应当注重尽可能的将试样先加工成为棱柱，然后在此基础上对其截面积进行测量和计算。通过这一加工方法和计算方法工作人员可以对热机械应力施加装置的试样进行1MPa-6MPa 的不同程度的载荷，并且根据在不同载荷情况下试样的截面积变化的具体情况和相应的弹簧压缩量来对计算结果进行分析。在这一过程中工作人员可以将热机械应力施加装置的弹簧的最大受力情况设定为580N，并且将其的最小受力情况设定为50N。在这种受力情况下热机械应力施加装置的弹簧最大压缩量应当在50mm左右。通过上文的实验工作人员可以发现试样的具体受力大小和弹簧的具体压缩量会对实验效果分析产生较为明显的影响，即工作人员可以在改变试样的具体受力大小和弹簧的具体压缩量来对实验结果和实验效果进行影响。例如根据相关设计要求工作人员在利用热机械应力施加装置进行试样加力过程中可以对这一装置的实验结果进行分析，从而为接下来更深层次的相关实验研究奠定良好的基础。例如不同热机械应力作用下铝合金材料试样微观组变化情况和性能变化情况以及强度变化情况的研究就需要热机械应力施加装置实验结果的支持。另外，由于在热机械应力施加装置实验过程中小型试样的截取形状往往存在较大差异并且不同的热机械应力施加装置存在不同的载荷情况，工作人员在结果分析过程中应当对存在的实验误差进行有效的分析，从而减少实验过程中必然存在的误差给实验结果带来较大的影响。例如在热机械应力施加装置实验的实验过程中某个装置的弹簧最大受力和设计时出现了一定差异，在这种差异下得到的弹簧最大压缩量必然存在一定的误差，这也对接下来的实验和计算产生了较为明显的影响。因此在热机械应力施加装置的实验过程中工作人员应当注重确保试样受力大小及弹簧压缩量符合实验的具体设计要求，从而在此基础上促进实验误差的合理减少和实验结果精确性的有效提升。这同时也促进了设计的热机械应力施加装置在投入实际应用和具体使用过程中能够表现出较为良好的适用性和泛用性，即在满足汽车加力要求的同时，有效降低汽车的生产和维修成本，从而在减少汽车生产成本的同时对相关资源进行了节约。除此之外，通过热机械应力施加装置实验结果分析工作人员可以判定这一热机械应力施加装置具有制造简单、操作灵活、质量较高、成本低廉、韧性良好等优越性。因此在小型试样的加力研究中可以得到较为广泛的应用与此同时在其他实验和进一步的分析研究中也能得到有效的应用，最终能够促进我国汽车工业发展速度得到有效提升。

5 结语

随着我国国民经济整体水平的持续进步和汽车行业发展速度的不断提升，在汽车制造过程中热机械应力施加装置设计分析的进行取得了良好的实践效果。因此研究人员在进行热机械应力施加装置设计分析时应当对其设计方案、零部件设计等内容有着清晰的了解，从而在此基础上通过实验和结果分析的进行促进我国汽车行业整体水平的持续提升。

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[责任编辑：刘帅]