Estimations of stress concentration factors Cw/Kts for helical circular/square cross sectional tension-compression springs and artificial neural network modelling

Helisel Daire/Kare Kesitli Çekme-Basma Yayları İçin Gerilme Yığılma Faktörünün (Cw/Kts) Yapay Sinir Ağı Modeliyle Tahmin Edilmesi

Özet

Springs are used for various purposes in machine design as they can store energy under load, due to their elastic deformation characteristics. There are many types and profiles of springs. For a round wire helical compression or tension spring of small pitch angle, the Wahl factor, a correction factor (Cw) taking into account curvature and direct shear stress, is generally used in the design. The corresponding stress concentration factors, which may be useful for mechanics of materials problems, are obtained by taking the nominal shear stress τnom as the sum of the torsional stress (τ) and the direct shear stress (τ) for round wire. In the case of the wire of square cross-section, τnom is the sum of the torsional stress and the direct shear stress. For design calculations it is recommended that the simpler Wahl factor be used. The same value of max will be obtained whether one uses Cw or Kts. This study contains the determination of stress concentration factor and Wahl factor. For this aim, stress concentration factor charts were converted numerical values for round and square wires. These values were collected in an excel file. ANN (Artificial Neural Networks) model was developed using the data. It is an easy and convenient method, ANN model, was presented for the determination of stress concentration and Wahl factor for spring design.

Abstract

Yaylar, makine tasarımında yük altında göstermiş oldukları elastik deformasyon karakteristikleri ve enerji depolama özelliklerinden dolayı çok farklı amaçlar için kullanılırlar. Yayların birçok çeşidi ve farklı profil şekilleri mevcuttur. Dairesel kesitli, düşük helis adımlı helisel bir çekme-basma yayı için, Wahl faktörü (Cw), yay tasarımı için genellikle yay telinin eğrilik yarıçapı ve kayma gerilmesi kullanılır. Dairesel kesitli bir çekme-basma yayının gerilme yoğunluğu faktörünün belirlenmesi için, nominal kayma gerilmesi τnom; burulma (τ) ve kesme gerilmelerinin (τ) toplamı biçiminde mukavemet teorileri dikkate alınarak hesaplanır. Kare kesitli bir çekme-basma yay içinde yine gerilme yoğunluğu faktörünün belirlenmesi için, nominal kayma gerilmesi τnom; burulma (τ) ve kesme gerilmelerinin (τ) toplamı biçiminde mukavemet teorileri dikkate alınarak hesaplanır. Tasarım hesaplamalarında daha kolay bir metod olan Wahl faktörünün kullanılması tavsiye edilmektedir. Cw veya Kts kullanılsa da aynı maksimum değer elde edilir. . Bu çalışmada, gerilim yoğunluk faktörü ve Wahl faktörünün belirlenmesini ihtiva etmektedir. Bu amaçla dairesel ve kare kesitli yaylar için daha önceden deneysel olarak elde edilmiş olan gerilme yığılma faktörü eğrileri sayısal hale dönüştürülmüştür. Bu sayısal veriler bir excel tablosunda tasnif edilmiştir. Elde edilen excell verileri kullanılarak bir YSA (Yapay Sinir Ağı) modeli geliştirilmiştir., Yay tasarımı için gerilme yığılma ve Wahl faktörünün belirlenmesi için kolay ve kullanışlı bir metod olan YSA modeli sunulmuştur.