某压缩机螺栓连接断裂失效分析

发布时间：2017-11-29 07:18

  本文关键词：某压缩机螺栓连接断裂失效分析

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【摘要】：疲劳载荷作用下,螺栓连接断裂失效是机械工程上普遍存在的问题。本文以某压缩机螺栓连接的断裂失效问题为研究对象,针对螺栓连接的载荷工况、材料性质和断裂失效形式,结合宏微观分析和理论研究,找出该螺栓断裂失效的可能因素,提出相应的改进措施,以防止类似螺栓连接断裂的失效行为。本文研究内容主要包括四个方面：(1)螺栓材料材质为35CrMo,其合金元素含量、屈服强度、断面收缩率、延伸率、冲击韧性均满足要求,而材料的抗拉强度和洛氏硬度值HRC均低于标准规定,且螺栓表面硬度明显高于心部硬度,表面增碳是造成该结果的主要原因,造成螺栓表面硬脆,塑性远远低于螺栓心部,降低了螺栓抗疲劳强度以及抵抗冷热疲劳强度。(2)螺栓失效部位的金相组织经检验为回火索氏体,并含有少量的铁素体组织,符合该材料特有的金相特征。拉伸试样断口表面有明显的发射状裂纹,裂纹断口齐整,且断口表面隐约可见部分孔洞,呈明显脆性开裂的特征；在冲击试样断口表面同时存在韧窝和二次脆性裂纹,这说明冲击断裂试样同时具有延性断裂和脆性开裂的特征。断口的孔洞缺陷是由金属冶炼过程中生成的条状夹杂物造成,且主要为CaO-SiO2-Al2O3-MgO系夹杂物,其次为MnS夹杂。(3)考虑螺纹连接的非线性几何结构和非线性接触条件,采用有限元分析方法对整个螺栓连接结构在预紧力和实际操作压力两个工况下的应力情况进行了模拟分析。结果表明,螺柱上的受力最为明显,螺柱上靠近法兰端与螺母接触的第一个螺纹的牙底处应力最大。螺母与螺柱的第一个螺纹啮合区部位是整个螺栓连接的危险区域。(4)螺母与螺柱的第一个螺纹连接啮合根部区域存在的夹杂物导致材料局部性能下降,而有限元分析结果表明该局部区域正是螺纹连接应力最大的部位,这使得该处发生咬伤并在疲劳载荷下不断磨损,该体积缺陷即为疲劳裂纹源。初始的疲劳裂纹源在疲劳载荷作用下进一步扩展,内部的条状夹杂物形成的孔洞可视为内部微裂纹,在疲劳载荷作用下也发生扩展并聚合,形成大裂纹。当螺栓的实际承载面积不足以抵抗外加载荷时便发生断裂。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH45

【参考文献】

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本文编号：1236627