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。     

热-力耦合作用下螺栓连接松动行为研究

为研究高温环境下螺栓连接结构松动行为,开展温度和横向振动载荷耦合作用下螺栓连接结构的松动行为及防护方法研究。利用光学显微镜、白光干涉三维形貌仪、扫描电子显微镜分析螺纹表面的损伤形貌,揭示其磨损机制;结合动力学响应分析,研究螺栓连接结构的松动行为。试验结果表明：随着温度的升高,螺栓连接结构因变形不一致导致构件之间的相对运动加剧,在相同横向交变位移载荷下,螺栓表面的磨损更加严重,螺栓连接结构松动程度增大;在室温条件下,DLC涂层螺栓/螺母和CrAlN涂层螺栓/螺母连接结构具有良好的防松性能。     

挤压和车削成型方式对螺纹连接松动行为影响研究

针对7050铝合金车削成型和挤压成型的内螺纹开展损伤形貌分析和机械性能分析,基于自主研制的螺纹连接结构松动试验夹具和随机振动试验夹具,系统开展了在轴向激励下车削和挤压内螺纹/螺栓连接结构的松动行为研究。结果表明：内螺纹在挤压成型时材料发生塑性流动,螺纹表层组织呈流线分布,由于发生塑性变形时的冷作硬化,使得螺纹表面硬度高,质量好;挤压成型的内螺纹相较于车削成型的内螺纹更难以拉脱;挤压成型内螺纹的松动速率大于车削内螺纹;车削螺纹损伤程度比挤压螺纹严重,内螺纹的损伤主要集中在螺纹牙中部和牙底,螺纹表面损伤特征主要呈现为剥层、塑性变形以及犁沟。螺纹表面的磨损机制主要为疲劳磨损、磨粒磨损、粘着磨损。     

横向交变载荷作用下三种涂层螺栓的防松性能

选用二硫化钼涂层和碳化钨涂层对45钢螺栓进行表面处理,通过横向振动试验研究横向交变载荷作用下螺栓连接结构的松动行为,并与常用的电镀锌涂层螺栓进行对比分析,讨论3种涂层螺栓的防松性能。利用扫描电子显微镜和电子能谱仪分析试验后螺纹表面损伤形貌及化学成分,揭示螺纹表面的磨损机制。试验结果表明：二硫化钼涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损、磨粒磨损和氧化磨损,碳化钨涂层和电镀锌涂层螺栓螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损和磨粒磨损;相同预紧力或等效应力条件下,二硫化钼涂层螺栓因其界面摩擦因数低,防松性能较差,碳化钨涂层螺栓因其表面耐磨性能优异,防松性能最好;相同预紧力矩条件下,二硫化钼涂层螺栓因预紧力高,防松性能最好,碳化钨涂层螺栓次之,电镀锌涂层螺栓最差。     

轴向激励下螺栓连接结构有限元分析

利用软件ABAQUS建立螺栓连接结构有限元模型，分析不同预紧力、载荷幅值作用下螺纹接触界面的应力应变分布，讨论轴向激励下螺栓轴向力的衰减行为。结果表明，第一圈工作螺纹根部Mises等效应力和累积塑性应变最大，说明螺栓在此处发生疲劳断裂的风险最高。螺栓连接结构分离后螺纹承载面的滑移幅值迅速上升，且上升幅值随着工作螺纹圈次的增加而减小，从而造成单位面积耗散能随工作圈次的增加而减小的现象。经过第一次循环加载后，螺栓轴向力降幅较大。同时，螺纹间的相对滑动和材料的塑性变形是螺栓轴向力下降的主要原因，其中后者的影响尤其明显。     

轴向振动工况下切槽式螺母的防松性能研究

针对全扭矩工况(螺栓预紧力矩均为设计值)、欠扭矩工况(螺栓预紧力矩均为设计值的20%)和部分欠扭矩工况(其中一组对角螺栓预紧力矩为设计值,另一组对角螺栓预紧力矩为设计值的20%),系统开展了轴向振动载荷作用下切槽式螺母的防松性能研究;全扭矩工况下研究了切槽处裂纹对切槽式螺母防松性能的影响,利用体式显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)等微观分析设备分析裂纹的扩展情况。结果表明:在三种预紧工况下,全扭矩时螺母具有良好的防松性能,但在欠扭矩和部分欠扭矩工况下螺母的防松性能降低,且后者更为严重;螺栓的松动过程可分为两个阶段:第一阶段是螺栓轴向力快速下降,原因是材料发生塑性变形和螺纹接触面应力重新分布;第二阶段是螺栓残余预紧力缓慢下降,原因是螺纹接触面发生微动磨损。此外,切槽处裂纹会降低螺母防松性能,通过微观分析表明裂纹试验后出现明显扩展。     

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。     

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.     

横向载荷作用下螺栓连接松动过程研究

针对横向载荷作用下的螺栓连接松动过程开展研究，给出了面向螺栓松动仿真的建模方法，分析了循环往复载荷作用下接触状态与残余预紧力的变化规律，并研究了载荷作用位置、幅值和频率对螺栓连接松动的影响。分析结果表明：在横向循环载荷作用下，残余预紧力出现交替的上升与下降；螺纹接触面先于螺头承压面进入滑移状态；横向载荷作用在上板或下板对松动没有影响；载荷幅值是影响松动的主要因素，载荷幅值越大松动越容易发生，而加载频率对松动影响较小。本研究分析结果与Junker试验结果一致性良好，可推广到复杂载荷条件下的应用。     

Ti-6Al-4V燕尾榫结构微动疲劳裂纹萌生及扩展行为研究

针对Ti-6Al-4V钛合金燕尾榫连接结构在不同载荷下的微动疲劳现象,采用榫形微动疲劳试验进行研究,并对裂纹萌生扩展、微动磨损及断口进行分析。结果表明,微动疲劳使构件疲劳寿命显著降低约70%;疲劳载荷对微动裂纹扩展的影响比对裂纹萌生的影响更大;微动疲劳裂纹起始于接触面边缘,与接触表面约成45°角,裂纹扩展到60~150μm后转向与接触表面垂直;微动疲劳断口形貌表面在微动磨损区具有多个裂纹源点,但只有一个主裂纹形成。