横向循环载荷下螺栓松动行为的试验研究与机理分析

发布时间：2020-08-13 19:33

【摘要】：螺栓连接是最常用的紧固手段之一,在传递扭矩和力、保证结构密封性等方面具有至关重要的作用。在动态载荷如振动、冲击以及随机载荷等的作用下,螺栓松动是螺栓连接结构失效的主要形式之一,其不仅能够引发机械异响或介质泄漏等问题,甚至还会造成严重的工业事故。鉴于螺栓松动行为的重要性,国内外对其展开了广泛而深入的研究,由于松动机制复杂繁冗,学术界对其至今尚未形成统一而全面的认识。因此,开展螺栓松动试验的研究,具有重要的理论价值和工程意义。本论文利用自行设计的连接件和搭建的试验装置,研究了外载荷作用下螺栓的松动影响因素和机理,主要研究内容和主要结论如下:针对横向循环载荷作用下单螺栓连接件进行了松动试验,结果表明:夹紧力会随着循环次数的增加而减小;外载荷位移幅值越大螺栓连接越易发生松动。螺栓松动发生的直接原因是随着螺栓服役寿命的增加,夹紧力的减小使得螺栓不足以产生有效连接。随着循环次数的增加,滞回线的包络面积会相应地减小,表明外载荷克服各个接触面摩擦力所需的力或功减小,同时也会影响螺栓松动过程中的滑动模式和接触阶段。针对螺栓装配位置,利用试验装置研究了其对单螺栓松动行为的影响。试验结果表明:螺栓和螺栓孔对中装配时,螺栓孔壁和螺栓之间不易发生剪切,螺栓的连接性能好且可靠性高;螺栓与螺栓孔之间非对中装配时,螺栓和螺栓孔壁之间易发生接触而发生剪切,使得螺栓夹紧力损耗较大,易发生松动,连接性能差且连接寿命低。因此,螺栓装配时控制螺栓的对中精度能够有效提高螺栓的连接性能,保证螺栓连接的服役寿命。该分析为螺栓的工程应用和螺栓防松提供可靠的理论依据。利用试验机和自行设计的螺栓组连接件研究了横向载荷下螺栓组的松动行为。试验结果表明:在横向载荷作用下,螺栓组在剪切作用下连接件的连接寿命较低且易发生松动,若复合载荷作用时,螺栓组连接件寿命高且可靠性好。其原因是横向载荷下沿螺栓轴向只存在夹紧力,接触面上的正压力较小,则接触面上的摩擦力较小;复合载荷下,沿螺栓轴向存在载荷或载荷分量,则接触面不易发生相对滑动且螺栓连接抵抗滑动的能力增加,发生螺栓松动的可能性较小。该分析说明了改变工作载荷的作用方向有助于螺栓结构的防松和连接可靠性的提高。基于以上理论分析和试验研究,本文阐述了螺栓松动过程中外载荷位移幅值对螺栓的影响,验证了循环载荷的作用过程中螺栓头和接触面之间的滑动模式及所存在的接触阶段;阐明了装配位置和载荷方向对螺栓松动行为的影响,也阐明了装配的对中度和螺栓服役时的载荷方向对螺栓连接可靠性的影响。该研究为螺栓的工程使用和和防松提供可靠的理论支撑。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH131.3
【图文】：

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第 1 章绪论有重要的学术意义和能指导实际的工程意义。制造业领域处于快速发展的阶段，需要改进和以及密封性能等方面的综合水平，以优化工业研究意义和价值对我国工业的贡献将更加显著状或者螺纹以来，已有许多科学家和研究者对其基米德发现了螺纹螺旋的原理，经过一系列研-1 所示。螺纹螺旋的使用不仅促进了社会生产要的贡献。

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图 1-2 Junker 螺栓松动试验机]研究了横向载荷下螺栓松动的问题，同时提出了控制预紧矩至螺栓材料的塑性极限可获得螺栓的最大预紧力，该法对紧力的影响提供了有力的理论支撑。Sakai[31, 32]利用试验方松动行为，从相对滑动的角度上解释了螺栓连接件松动的原滑动存在临界滑移量，若超过临界滑移量会产生相对滑动，因。Pai 和 Hess[2, 33, 34]通过理论分析和试验数据研究了横向的行为，预测了载荷作用时螺栓夹紧力的变化趋势，并利了横向剪切载荷对螺栓连接的影响，他们认为螺栓头和连接栓连接松动的发生。Zadoks[35]研究了横向振动载荷下螺栓的载荷的激励之下螺栓要发生旋转就必须克服螺纹之间的摩的必要条件是螺栓松退扭矩必须大于摩擦扭矩，否则不会发[36-39]研究了横向动态循环载荷作用下螺栓的松动行为，从，并且提出螺栓的松动过程具有阶段性，存在两个阶段：第相对运动非常小，夹紧力的下降来自于材料塑性变形的释放

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扭矩至螺栓材料的塑性极限可获得螺栓的最大预紧力，该法对研预紧力的影响提供了有力的理论支撑。Sakai[31, 32]利用试验方法的松动行为，从相对滑动的角度上解释了螺栓连接件松动的原因的滑动存在临界滑移量，若超过临界滑移量会产生相对滑动，其原因。Pai 和 Hess[2, 33, 34]通过理论分析和试验数据研究了横向振动的行为，预测了载荷作用时螺栓夹紧力的变化趋势，并利用究了横向剪切载荷对螺栓连接的影响，他们认为螺栓头和连接件螺栓连接松动的发生。Zadoks[35]研究了横向振动载荷下螺栓的松界载荷的激励之下螺栓要发生旋转就必须克服螺纹之间的摩擦动的必要条件是螺栓松退扭矩必须大于摩擦扭矩，否则不会发生人[36-39]研究了横向动态循环载荷作用下螺栓的松动行为，从材释，并且提出螺栓的松动过程具有阶段性，存在两个阶段：第一的相对运动非常小，夹紧力的下降来自于材料塑性变形的释放；快，螺栓和螺母之间有明显的相对运动或旋出的行为，其试验中如图 1-3 所示。

【参考文献】