多轴随机振动下螺纹连接件松动失效机理研究

发布时间：2020-07-15 04:24

【摘要】：随着航空工业的迅速发展,现代国防对于导弹的性能要求愈加严格,由振动引起的导弹破坏问题也越来越受重视。导弹运输和发射所引起的振动环境是随机且复杂的,由于传统单向随机振动试验局限性大,人们更倾向于采用多轴随机振动试验进行导弹的筛选检测,对于导弹中的螺纹连接件而言,在多轴随机振动环境下,松动现象是不可避免。随着科学技术的进步,对于振动条件下螺纹连接件的松动现象很多学者已经进行了较多的研究,并取得了诸多的成果,但研究成果仅限于单向简谐振动状态下的螺纹连接件,对于三轴随机振动下螺纹连接件松动特性的理论研究和相关试验极少。因此,为了提高实际工程中高强度螺纹连接件连接的可靠性,开展多轴随机振动下螺纹连接件的松动失效特性研究具有理论研究意义与工程参考价值。因此,本文主要采用有限元分析方法,针对某电子舱段中的小尺寸高强度螺钉连接结构,研究了其在三轴随机振动条件下的松动失效特性。本文的主要研究内容如下。(1)验证了简化螺纹连接MPC法的有效性。简化螺纹连接结构的仿真分析方法有MPC法和螺纹区域法,本文通过简单螺栓连接结构对比了两种方法的优缺点,发现两者分析结果近似,但MPC法操作方便、计算效率更高,故在单元数目较多且复杂的舱段螺纹连接结构中采用了MPC法。同时验证了螺纹连接预紧方法的准确性。(2)印证了三轴随机振动研究的必要性。以某电子舱段结构为分析对象,对复杂舱段几何模型进行了细节特征的简化、删除与重构等模型操作,建立了舱段结构的有限元模型。对两种激励下的仿真结果进行了定量对比,发现三轴同时加载随机振动激励时舱段连接螺钉上的应力和加速度响应结果更大,并且激发出来的共振模态数更多,印证了单轴与三轴随机振动理论分析结果的正确性。(3)探索了螺栓松动失效的仿真分析方法并进行了试验验证。在三轴振动台上对电子舱内的计算机电路板进行了三轴随机振动环境试验,对其固定螺栓的松动现象进行了监测。进而,在有限元仿真软件中进行了相同振动环境下螺栓的松动过程模拟,获得了螺栓松动过程中螺栓预紧力矩与监测点的应力、应变响应关系曲线,仿真结果与试验结果基本一致,验证了有限元仿真方法的合理性与可行性。(4)研究了三轴随机振动环境下的螺钉松动机理。以电子舱段中关键部位处的螺钉连接为例,进行了三轴随机振动下的螺钉松动过程模拟。根据螺钉的动力学响应特性将螺钉松动历程分为三个时期:稳定期、过渡期和松动期,揭示了三轴随机振动环境下的螺钉松动机理。最后针对电子舱段中的螺钉连接特点,提出了三种防松建议。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH131.3;TJ76
【图文】：

螺纹连接,方式,螺纹连接件,高强度

如图 1.1 所示。螺纹连接件的性能及连接效果直接影响到产品的性能安全以及使用寿命。图1.1 常见螺纹连接方式高强度螺纹连接件是航空工业中最常见的连接件，高强度是指强度级别在 8.8 级以上的螺纹连接件，高强度螺纹连接件在装配时可承受较大预紧力，具有抗震性能良好、连接强度高、耐疲劳、连接方便等诸多优点，因此广泛应用于各类重要设备的装配中，也常常影响到工程构件连接的可靠性。设备工作过程中，在施加较高预紧力的基础上，高强度螺纹连接件还要同时承受外界复杂应力的影响，如单向拉压、剪切、弯曲、冲击、随机振动或者同时承受上述几种载荷[2]。因为高强度螺纹连接件应具有可承受较高且复杂应力的能力，所以对于材料性能、结构设计、安装精度与加工工艺等方面都有一些特殊的要求[3]。在振动、冲击和交变载荷作用下，螺纹连接螺旋副接触面间的摩擦力可能瞬间减小

连接材料强度较低，故不适合采用机械防松，同时在舱段储存运输期间存在拆卸检查，故不可使用铆合、冲点等防松方式。图1.2 摩擦防松图1.3 机械防松图1.4 破坏螺旋副运动关系防松

防松,冲点

机械防松

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