预紧力对紧螺栓连接板位移载荷响应的影响

针对螺栓连接的可靠性和紧密性问题,研究切向载荷作用下预紧力对紧螺栓连接结合面微滑状态下等效刚度以及微滑移-宏观滑移临界响应幅值的影响。以单搭单螺栓连接板为对象,分析结合面接触压力和预紧力的关系,在研究连接板位移载荷特性的基础上,构建螺栓连接板的等效刚度模型;基于有限元法开发变预紧力的单搭螺栓连接板参数化模型,提出位移载荷响应计算方法;探讨预紧力对微滑阶段螺栓连接板的位移-载荷响应的影响,分析预紧力对微滑移-宏观滑移临界响应幅值和等效刚度的作用。结果表明,当连接板自由端位移响应幅值小于0.075 mm时,预紧力变化对位移载荷响应没有影响,螺栓连接板等效刚度渐硬;当位移响应幅值大于0.075 mm时,预紧力对等效刚度影响明显;微滑移-宏观滑移临界响应幅值与预紧力大小呈近似线性关系。当预紧力为[0.15~0.33]F_(0max)(F_(0max)为最大预紧力)或[0.45~0.70]F_(0max)时,预紧力变化对连接刚度影响很小,预紧力对等效连接刚度的影响可达到50%。研究表明,切向载荷作用下的摩擦式螺栓连接,改变预紧力可调节螺栓连接板的等效刚度和微滑移-宏观滑移临界响应幅值,综合考虑可为螺栓连接板的力学设计提供新思路。     

法兰螺栓横向微动磨损试验研究

为了研究法兰联接螺栓在横向振动的松动机理,借助于横向振动疲劳试验机进行模拟紧固件横向微动磨损试验,进而观察螺栓联接在不同的横向载荷与频率作用下预紧力与预紧力矩衰退过程,并测量其磨损量和表面损伤情况。实验结果表明:螺栓预紧力下降分为两个阶段;实验初期预紧力下降迅速的塑性形变阶段和预紧力下降缓慢的微动磨损阶段。预紧力矩下降分为三个阶段:第一阶段由于较高的局部接触应力,预紧力矩下降不明显;第二阶段由于塑性形变扩大,预紧力矩迅速下降;第三阶段螺栓进入微动磨损阶段,预紧力矩开始缓慢下降。螺栓在低频振动下,质量变化量对于频率微小的变化不敏感。螺栓与夹具接触的表面磨损情况随着交变幅值载荷增加而增加;随着频率的增加而减小。     

不同螺栓预紧力下数控转台台面振动分析

建立某型号数控转台与主机及其螺栓连接模型,利用ABAQUS软件,分析了模型在不同预紧力作用下的螺栓连接应力分布情况。探究了台面承受动态切削载荷时,数控转台在不同螺栓预紧力下的动态响应,得到数控转台台面的位移响应曲线。数控转台与主机间的螺栓连接在受到外界动载荷作用时,由于预紧力的不同会导致转台与主机连接状态发生变化,影响其连接刚度,使转台整体刚度改变。适当增加预紧力能使转台台面的振动幅值减小,从而提高机床的加工精度。     

横向振动下螺栓临界松动位移载荷的研究

针对螺栓在横向振动下易松动的问题,借助公式确定了临界松动位移值的理论范围,建立了具备本体结构特征及材料塑性的M10六角头法兰面螺栓有限元模型,研究了该模型在幅值为0.1 mm～0.4 mm的横向振动下的预紧力衰减曲线以及转角、应力变化情况,总结了螺栓的临界松动规律,确定了该螺栓的临界松动位移值,获取了临界松动载荷值,并通过横向振动试验验证了该方法的准确可靠性。研究表明:横向振动的位移幅值越大,螺栓松动越快,但存在临界松动位移载荷,低于该值时,夹紧力仅因塑性变形而少量衰减,不会松动失效;高于该值时,发生旋转松动,夹紧力大幅衰减至完全失效;M10螺栓临界松动位移量为0.2 mm,临界松动载荷值为2 448.5 N,该方法所得结果略保守,可直接用于指导螺栓防松选型设计。     

轴向交变载荷对螺栓预紧力、变形及磨损的影响

为明确螺栓预紧力衰退机理,进而开展了不同频率和幅值的轴向交变载荷对于螺栓预紧力衰退、螺栓变形以及螺纹磨损情况影响的研究.研究表明,轴向交变载荷的幅值和频率是影响上述问题的主要因素;螺栓预紧力衰退趋势呈现两个不同阶段,即急速衰退阶段和缓慢下降阶段;螺栓产生的变形是预紧力急速衰退阶段的主要原因,而由于螺纹面之间的微动磨损是预紧力缓慢下降阶段的主要原因;螺栓的变形会随着载荷幅值增大而增大,螺纹表面磨痕宽度会随着载荷幅值增大而增大,但却随着频率的增加磨痕宽度略有减小.     

螺栓松动寿命特性试验研究

为研究螺栓松动寿命特性,利用疲劳试验机,设计了螺栓横向振动试验。首先改变横向振动频率,对比位移、速度、加速度振幅对螺栓松动寿命的影响,确定横向位移振幅是影响螺栓松动的主要因素。之后对五个位移振幅等级下的螺栓松动程度进行监测,通过剩余预紧力-振动次数曲线表示螺栓松动情况。将各个位移振幅下预紧力各个阶段数据汇总,参照疲劳研究中材料S-N曲线,绘制成不同松动情况下(剩余预紧力百分比)螺栓松动的位移-寿命(D-N)曲线。分析结果表明:通过螺栓松动D-N曲线,发现螺栓松动寿命曲线与材料疲劳寿命曲线在对数坐标下同样具有双直线、高低周分界的特性。     

基于虚拟材料模型的螺栓松动预测研究

螺栓连接在风力发电机等复杂装备中得到了广泛应用。设备的工作载荷及机械振动会引起螺栓松动,导致螺栓连接失效,严重影响设备的正常运行。为此,以海上风力发电机塔筒连接螺栓为研究对象,建立了螺栓结合面连接刚度模型,进行了塔筒法兰连接螺栓的松动状态预测研究。首先,建立了螺栓结合面刚度,通过虚拟材料模型对其进行了表征,探究了预紧力对虚拟材料层模型的影响特性,为有限元模型提供了参数;然后,通过力锤实验,并结合实测数据建立了高精度的有限元模型;最后,通过法兰连接件的前10阶扭转、弯曲固有频率,以任意两阶模态的频率变化平方比、预紧力变化前后频率相对变化比分别作为螺栓定位、定量指标,进行了螺栓松动预测。研究结果表明：随着预紧力的增加,固有频率呈现逐渐增大的趋势,但灵敏度稍有下降;通过对螺栓松动测试结果的统计可得,螺栓松动定位识别精度达到95.24%;单、多螺栓预紧力下降程度定量精度分别为93.4%、90.2%;基于虚拟材料模型的螺栓松动预测方法具备精度高、通用性强的特点,可为螺栓连接的数字孪生实时监测提供重要参考。     

剪切激励下盲孔螺栓连接结构的松动行为研究

为研究盲孔螺纹连接的松动机制及螺纹表面的磨损机制,选取高速列车转向架轴端盖7050铝合金与45钢螺栓连接为研究对象,开展剪切激励下螺栓连接结构的松动行为研究。分析预紧力、剪切位移幅值及重复利用次数对螺栓连接结构松动行为的影响规律,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDX)对试验后7050铝合金内螺纹表面进行损伤形貌及化学成分分析。结果显示:随着初始预紧力的减小、剪切位移幅值和重复使用次数的增大,螺纹表面损伤加剧,螺栓连接结构松动程度增大;螺纹接触表面的主要磨损机制为疲劳磨损和黏着磨损。     

螺栓连接板抗共振最优间距研究

针对不同预紧力,开展了间距对螺栓连接板模态频率的影响实验研究.首先,构建了螺栓连接板振动模态测试系统;然后,改变螺栓预紧力,测试了不同间距下螺栓连接板的模态频率;最后,讨论了螺栓间距对连接板模态频率的影响机制,并提出了螺栓连接板最优间距动力学设计方法.结果 表明:预紧力变化对螺栓连接板的模态频率有一定影响,而且不同预紧力下间距对连接板模态频率的影响程度不同,但是影响规律基本一致.基于预紧力和间距对螺栓连接板模态频率的影响,提出了基于抗共振的螺栓连接板最优间距设计方法.研究结果为螺栓连接板的抗疲劳动力学设计提供了新思路..     

交变横向载荷下螺栓联接自松弛有限元研究

针对承受交变横向载荷的螺栓,根据螺纹轮廓建立可实现理想六面体单元网格划分的螺栓联接有限元模型,并以此为平台研究了啮合螺纹之间的微量滑移,揭示了螺栓自松弛的微观机理,绘制了横向剪切力与横向位移载荷之间的迟滞回线,直观地描述了螺栓预紧力的变化过程,分析了螺栓预紧力和螺母旋转松动量随交变横向载荷变化的规律,分析结果同螺栓自松弛微观机理的解释和迟滞回线的描述是一致的,从而说明了自松弛微观机理分析的合理性。     

机理与数据融合的螺栓连接松脱预测

针对螺栓松脱状态下夹紧力变化难以精确预测的问题,提出一种机理引导数据的螺栓连接松脱特性预测方法。首先结合螺栓受载时的力学状态建立松脱过程机理模型,通过参数试验法对机理模型中各特征进行敏感度分析,提出松脱敏感度评价指标以获取松脱过程的关键特征;进一步考虑螺栓松脱的非线性特征及不确定性规律,提出一种基于高斯过程回归的螺栓松脱特性预测模型,并对该模型进行了验证。结果表明:与传统回归模型相比,该模型不但可获取预紧力平均值的变化情况,而且可同步描述概率意义上的预紧力变化置信区间,为螺栓松脱特性准确预测提供了保证;螺栓松脱试验及预测数据具有良好的一致性,证明了该模型的合理性。     

由振动引起的螺栓连接预紧力松脱的数学模型

引入一种数学模型以研究螺纹连接在横向振动作用下引起的松脱.此横向振动激励会引起螺纹接触面间的滑动以及螺栓头与支撑表面之间的滑动.式中包括剪切力、支撑力以及螺纹摩擦阻力矩,它们均与振动速度相关,当所施加横向振动激励足够大时,螺纹连接会出现松脱现象.本文研究了螺栓预紧力、支撑力及螺纹摩擦系数、横向振动激励以及螺栓头下部弯矩...     

Loosening Evaluation of Bolted Joints Modified by Fine Particle Bombardment under Transverse Cyclic Loading

ABSTRACT

The objective of this article is to evaluate the loosening behavior of bolted joints modified by fine particle bombardment (FPB) under transverse cyclic loading. FPB treatment was conducted to thread surfaces of both the bolt and the nut. Self-loosening experiments were then performed on the bolted joint with high, medium, and low preload using a fatigue testing machine. The test results show that fretting wear occurs at the thread surface under transverse cyclic loading, which leads to gradual self-loosening of bolted joints without the rotation of the nut. FPB treatment alleviates thread wear by increasing the surface hardness and reducing the friction coefficient between threads, thereby improving the anti-loosening ability of bolted joints. After FPB treatment, the bolted joints with a lower preload exhibited a greater relative improvement in anti-loosening ability than those at a higher preload.     

切向加载下螺栓连接复合板的失效分析*

极限载荷和孔周应力是导致螺栓连接复合板失效的主要因素。基于Hashin失效准则和有限元模型建立螺栓连接复合板的渐进损伤有限元模型,通过位移载荷响应讨论预紧力、界面摩擦因数和孔隙变化对极限载荷的影响,分析不同铺层角下孔周应力分布规律。结果表明：随预紧力增大,螺栓连接复合板极限载荷先增大后减小,随摩擦因数增大,螺栓连接复合板极限载荷逐渐增大;不同孔隙下准线性阶段位移载荷响应基本一致,孔隙对极限载荷的影响主要体现在滑移阶段及剪切变形阶段;孔隙增大会减小螺栓与螺孔间的有效接触面积,影响螺栓连接的压力分布和强度;纤维铺层方向与应力分量同向时可有效减少外载荷导致的该方向应力分量的变化,且主应力分量皆在承压区域达到其最小值;应力分量方向与纤维铺层方向相同且该方向无外载荷作用时,应力分量随着角度从承压区到非承压区递增变化。     

螺栓摩擦系数对连接防松影响的有限元分析

螺栓连接受横向振动载荷一段时间后,容易出现连接松动,夹紧力衰退,夹紧失效等现象.国内鲜见钎对螺纹连接松动现象的有限元仿真,文中利用ABAQUS有限元软件建立了螺栓连接模型,对连接松动过程进行仿真.以建立的松动模型为基础,通过对比几组螺栓连接的防松特性,得到了螺栓连接摩擦系数越大其防松性能越佳的结论,该结论与螺栓连接的摩擦力矩防松机理相吻合.     

加载方式对垫片应力的影响及其泄漏率预测

垫片是螺栓法兰连接系统中的关键密封元件，在实验室对其进行泄漏率测量时，多采用刚性法兰通过试验机进行均匀加载，而忽略了生产实际中螺栓加载方式对泄漏率的影响。采用数值模拟方法研究实际操作常用的交叉加载、顺次加载和ASME PCC-1-2013标准中传统星形加载方式对垫片应力的影响，并将这3种加载方式与均匀加载方式进行比较。结果表明：3种加载方式都存在着螺栓预紧载荷不均匀的情况，但相比之下传统星形加载方式的预紧效果最佳，最接近均匀加载时的预紧效果；在相同载荷下，不同加载方式所得垫片上的应力不同。考虑垫片应力分布的不均匀性，对现有泄漏率预测公式进行了修正，并通过试验对修正后的公式进行验证。结果表明：修正后的公式所预测的泄漏率与试验结果更为接近。研究工作对提高螺栓法兰连接系统泄漏率预测的准确性具有重要意义。     

风机叶片根端连接螺栓的参数化建模及分析

利用有限元分析软件ANSYS参数化设计语言即APDL,高效快速建立参数化风机叶片连接部分的有限元模型。通过高强度叶根螺栓连接叶片根部和变桨轴承外圈,并对螺栓施加一定的预紧力。在预紧力和外部载荷共同作用下,ANSYS进行接触非线性计算,对叶根螺栓进行静力结构分析和强度校核,为叶片根端连接的设计优化提供指导。通过该方法可以提高叶片根端模型建模效率,缩短连接螺栓设计及校核周期。     

基于压电阻抗频率变化的螺栓松动检测技术

针对螺栓松动问题,提出基于压电阻抗频率变化的螺栓松动监测方法。在螺栓头部安装压电材料,采用材料试验机拉伸螺栓来精确模拟螺栓所受预紧力;研究了洁净环境和油污环境中,压电材料导纳谱中的峰值频率随螺栓预紧力的变化。结果表明：随着螺栓预紧力的增大,压电导纳谱中的峰值频率降低,且两者间具有较好的线性关系;油污对测试影响较小。     

An Investigation into the Effect of Normal Load Frequency on Fretting Fatigue Behavior of Al7075-T6

Most previous studies on fretting fatigue have been accomplished under constant normal loading and less attention has been paid to cyclic normal loading. An innovative test apparatus was specially designed and manufactured for fretting fatigue tests under cyclic loading in this work and the fretting fatigue behavior of Al7075-T6 was investigated at different normal load frequencies. A finite element model was developed to study the effect of normal load frequency on the contact stress distribution. It was found that the cyclic normal load has a more damaging effect on fretting fatigue life compared to constant normal load, particularly at lower frequencies. The results showed that at the normal load frequency of f = 1 Hz, fatigue life decreased by 52% in the high cycle fatigue regime and 28% in the low cycle fatigue regime. The experimental results also indicated that at the normal load frequency of 80 Hz, the fretting fatigue life converged to its corresponding life under constant normal load condition. The fracture surface and the fretting area of the specimens were examined using both optical and scanning electron microscopy (SEM). The experimental observations showed that the dominant partial slip condition with a wider slip region compared to constant normal loading, severe delamination, and higher oxidation rate due to the normal load release at each cycle, are the most important reasons for significant reductions in fretting fatigue life, under cyclic normal loading, especially for low normal load frequencies.     

AZ91D镁合金微动磨损特性研究

采用液压高精度材料试验机考察了平面一球面接触的AZ91D镁合金摩擦副的微动磨损行为，分析了位移幅值、法向载荷和频率等参数对摩擦因数和磨损体积的影响，考察了不同实验条件下的磨斑形貌，并探讨了其磨损机理。结果表明：AZ91D镁合金的微动区域可分为部分滑移区、混合区和滑移区3个区域，粘着磨损、疲劳磨损和磨粒磨损分别是3个区域的主要磨损机制；磨损体积随着位移幅值和法向载荷的增加而增大，但却随着频率的增大而减小。在微动部分滑移区和混合区，摩擦因数随着位移增大迅速增加；在微动滑移区，摩擦因数随法向载荷的增大而减小，而位移幅值和频率对摩擦因数的影响较小。