轴向载荷作用下钢/钢螺纹联接的松动行为研究及数值模拟
发布时间：2022-12-17 22:58
螺纹联接结构广泛应用于各类机械构件中,对机械设备的整体性能至关重要。振动环境中工作的螺纹联接结构会出现夹紧力的持续下降,即螺栓松动,成为重大安全隐患。目前关于螺纹联接结构松动行为的研究主要集中在横向振动载荷作用下的松动问题,仅有的关于轴向载荷下螺栓松动的研究多以理论推导为主。螺纹联接结构在轴向交变载荷作用下,紧密配合的螺纹接触面会发生微动损伤,可以造成螺纹联接结构的松动、咬死等现象,但很少有研究对此进行考虑。本文重点研究螺栓材料塑性变形和接触螺纹间微动损伤在松动过程中的作用,对深入认识螺纹联接结构的松动行为有重要理论意义,同时对工业中螺纹联接机构的防松技术有重要参考价值。本研究采用自主设计的螺栓加载装置,对螺纹联接结构进行了轴向交变载荷作用下的松动试验,通过分析螺栓材料的塑性变形和接触螺纹的微动损伤,探究轴向载荷作用下钢／钢螺纹联接结构的松动行为,并讨论了交变载荷和预紧力矩对螺栓结构松动行为的影响。然后利用有限元分析软件ABAQUS对螺纹联接结构进行了仿真分析,从等效应力、接触状态、塑性变形等方面进一步的解释了试验现象。本研究获得的主要结论如下：（1）轴向交变载荷作用下的钢／钢螺纹联接...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 螺纹联接结构的预紧
1.2.1 螺纹联接结构预紧力的理论计算
1.2.2 螺纹联接结构预紧方法
1.3 螺纹联接结构松动过程国内外研究现状
1.4 微动摩擦学概述
1.4.1 微动及其分类
1.4.2 磨损的分类
1.4.3 常见微动损伤实例
1.5 有限单元法及数值模拟中的接触问题
1.5.1 有限单元法及有限元分析软件ABAQUS介绍
1.5.2 数值模拟软件ABAQUS中的接触算法
1.6 选题的意义和研究内容
第2章 试验材料及方法
2.1 螺栓疲劳试验装置
2.2 试验螺栓材料
2.3 试验参数
2.4 微观分析方法
2.4.1 接触螺纹3D形貌分析
2.4.2 接触螺纹表面形貌分析
2.4.3 微区化学成分分析
第3章 轴向载荷作用下钢/钢螺纹联接的松动试验研究
3.1 螺栓联接结构静态试验
3.2 交变载荷对螺栓松动行为的影响
3.2.1 松动程度
3.2.2 松动曲线
3.2.3 螺纹表面3D形貌
3.2.4 螺纹表面扫描电镜形貌
3.3 螺栓联接结构松动机理研究
3.3.1 螺栓滞回曲线与轴向位移
3.3.2 试验前后螺纹表面形貌对比
3.4 预紧力矩对螺栓松动行为的影响
3.4.1 松动程度
3.4.2 松动曲线
3.4.3 螺纹表面3D形貌
3.4.4 螺纹表面扫描电镜形貌
3.5 本章小结
第4章 公制螺纹联接结构的有限元分析
4.1 螺纹联接结构有限元模型
4.1.1 网格划分及材料参数
4.1.2 加载及模拟工况
4.2 预紧状态下螺纹联接结构的响应
4.2.1 螺栓轴向力分布计算
4.2.2 螺栓应力集中系数计算
4.3 轴向载荷作用下不同接触螺纹的响应
4.3.1 不同螺纹表面的Mises应力
4.3.2 不同螺纹接触表面的接触应力
4.3.3 不同螺纹的等效塑性变形
4.4 交变载荷对第一圈接触螺纹的影响
4.4.1 载荷对第一圈接触螺纹Mises应力的影响
4.4.2 载荷对第一圈接触螺纹接触状态的影响
4.4.3 载荷对第一圈接触螺纹塑性变形的影响
4.5 预紧力矩对第一圈接触螺纹的影响
4.5.1 第一圈螺纹的Mises应力
4.5.2 第一圈螺纹的接触状态
4.5.3 第一圈螺纹的塑性变形
4.6 本章小结
结论
研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]摩擦系数对微车高强度螺栓联接性能的影响研究[J]. 莫易敏,梁绍哲. 机械科学与技术. 2014(09)
[2]螺纹联接松动过程的研究现状与发展趋势[J]. 侯世远,廖日东. 强度与环境. 2014(02)
[3]螺纹结构力矩及其衰退机理分析[J]. 殷明霞,史淑娟,江海峰. 强度与环境. 2013(04)
[4]Three-dimensional Finite Element Analysis of the Mechanical Properties of Helical Thread Connection[J]. YANG Guoqing,HONG Jun,ZHU Linbo,LI Baotong,XIONG Meihua,WANG Fei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(03)
[5]基于有限元的一种新型螺母的防松机理研究[J]. 杨广雪,谢基龙,谢云叶. 工程力学. 2010(12)
[6]基于声发射技术对螺栓连接结构微动磨损影响因素的研究[J]. 卢萍,王宁,陶俊林,刘信恩. 摩擦学学报. 2010(05)
[7]螺纹副承载的分布规律[J]. 陈海平,曾攀,方刚,雷丽萍. 机械工程学报. 2010(09)
[8]转动微动的模拟与试验研究[J]. 莫继良,朱旻昊,廖正君,姚崇跃,周仲荣. 中国机械工程. 2009(06)
[9]振动对高强度螺栓拧紧效果的影响[J]. 单长伟,杨琪,武庆. 轻型汽车技术. 2008(09)
[10]振动对高强度螺栓拧紧效果的影响[J]. 单长伟,杨琪,武庆. 轻型汽车技术. 2008 (09)
博士论文
[1]干态下扭转复合微动运行及其损伤机理研究[D]. 沈明学.西南交通大学 2012
[2]径向与复合微动的运行和损伤机理研究[D]. 朱旻昊.西南交通大学 2001
硕士论文
[1]30CrNiMo8合金钢的弯曲微动疲劳特性及数值模拟研究[D]. 刘大伟.西南交通大学 2013
[2]重载内燃机车活塞螺栓疲劳失效研究及其结构优化[D]. 胡小山.上海交通大学 2012
[3]316L不锈钢弯曲微动疲劳特性的数值模拟研究[D]. 蒋春松.西南交通大学 2012
[4]发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究[D]. 郑劲松.上海交通大学 2008
[5]发动机螺栓拧紧技术的研究[D]. 马英广.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3720815
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 螺纹联接结构的预紧
1.2.1 螺纹联接结构预紧力的理论计算
1.2.2 螺纹联接结构预紧方法
1.3 螺纹联接结构松动过程国内外研究现状
1.4 微动摩擦学概述
1.4.1 微动及其分类
1.4.2 磨损的分类
1.4.3 常见微动损伤实例
1.5 有限单元法及数值模拟中的接触问题
1.5.1 有限单元法及有限元分析软件ABAQUS介绍
1.5.2 数值模拟软件ABAQUS中的接触算法
1.6 选题的意义和研究内容
第2章 试验材料及方法
2.1 螺栓疲劳试验装置
2.2 试验螺栓材料
2.3 试验参数
2.4 微观分析方法
2.4.1 接触螺纹3D形貌分析
2.4.2 接触螺纹表面形貌分析
2.4.3 微区化学成分分析
第3章 轴向载荷作用下钢/钢螺纹联接的松动试验研究
3.1 螺栓联接结构静态试验
3.2 交变载荷对螺栓松动行为的影响
3.2.1 松动程度
3.2.2 松动曲线
3.2.3 螺纹表面3D形貌
3.2.4 螺纹表面扫描电镜形貌
3.3 螺栓联接结构松动机理研究
3.3.1 螺栓滞回曲线与轴向位移
3.3.2 试验前后螺纹表面形貌对比
3.4 预紧力矩对螺栓松动行为的影响
3.4.1 松动程度
3.4.2 松动曲线
3.4.3 螺纹表面3D形貌
3.4.4 螺纹表面扫描电镜形貌
3.5 本章小结
第4章 公制螺纹联接结构的有限元分析
4.1 螺纹联接结构有限元模型
4.1.1 网格划分及材料参数
4.1.2 加载及模拟工况
4.2 预紧状态下螺纹联接结构的响应
4.2.1 螺栓轴向力分布计算
4.2.2 螺栓应力集中系数计算
4.3 轴向载荷作用下不同接触螺纹的响应
4.3.1 不同螺纹表面的Mises应力
4.3.2 不同螺纹接触表面的接触应力
4.3.3 不同螺纹的等效塑性变形
4.4 交变载荷对第一圈接触螺纹的影响
4.4.1 载荷对第一圈接触螺纹Mises应力的影响
4.4.2 载荷对第一圈接触螺纹接触状态的影响
4.4.3 载荷对第一圈接触螺纹塑性变形的影响
4.5 预紧力矩对第一圈接触螺纹的影响
4.5.1 第一圈螺纹的Mises应力
4.5.2 第一圈螺纹的接触状态
4.5.3 第一圈螺纹的塑性变形
4.6 本章小结
结论
研究展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]摩擦系数对微车高强度螺栓联接性能的影响研究[J]. 莫易敏,梁绍哲. 机械科学与技术. 2014(09)
[2]螺纹联接松动过程的研究现状与发展趋势[J]. 侯世远,廖日东. 强度与环境. 2014(02)
[3]螺纹结构力矩及其衰退机理分析[J]. 殷明霞,史淑娟,江海峰. 强度与环境. 2013(04)
[4]Three-dimensional Finite Element Analysis of the Mechanical Properties of Helical Thread Connection[J]. YANG Guoqing,HONG Jun,ZHU Linbo,LI Baotong,XIONG Meihua,WANG Fei. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2013(03)
[5]基于有限元的一种新型螺母的防松机理研究[J]. 杨广雪,谢基龙,谢云叶. 工程力学. 2010(12)
[6]基于声发射技术对螺栓连接结构微动磨损影响因素的研究[J]. 卢萍,王宁,陶俊林,刘信恩. 摩擦学学报. 2010(05)
[7]螺纹副承载的分布规律[J]. 陈海平,曾攀,方刚,雷丽萍. 机械工程学报. 2010(09)
[8]转动微动的模拟与试验研究[J]. 莫继良,朱旻昊,廖正君,姚崇跃,周仲荣. 中国机械工程. 2009(06)
[9]振动对高强度螺栓拧紧效果的影响[J]. 单长伟,杨琪,武庆. 轻型汽车技术. 2008(09)
[10]振动对高强度螺栓拧紧效果的影响[J]. 单长伟,杨琪,武庆. 轻型汽车技术. 2008 (09)
博士论文
[1]干态下扭转复合微动运行及其损伤机理研究[D]. 沈明学.西南交通大学 2012
[2]径向与复合微动的运行和损伤机理研究[D]. 朱旻昊.西南交通大学 2001
硕士论文
[1]30CrNiMo8合金钢的弯曲微动疲劳特性及数值模拟研究[D]. 刘大伟.西南交通大学 2013
[2]重载内燃机车活塞螺栓疲劳失效研究及其结构优化[D]. 胡小山.上海交通大学 2012
[3]316L不锈钢弯曲微动疲劳特性的数值模拟研究[D]. 蒋春松.西南交通大学 2012
[4]发动机缸盖螺栓拧紧工艺与试验研究[D]. 郑劲松.上海交通大学 2008
[5]发动机螺栓拧紧技术的研究[D]. 马英广.哈尔滨工程大学 2006
本文编号：3720815
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