爆炸螺栓冲击响应的主要影响因素研究

根据爆炸螺栓动作的实际物理过程,在时序上划分为爆炸解锁和撞击两阶段。分别建立了预紧状态下爆炸螺栓爆炸解锁过程和撞击过程的数值模型,分析了耦合效应下冲击载荷的各主要因素(药量、预紧力、撞击部位材料)对结构响应的影响。结果表明:在爆炸解锁阶段,各区域响应随药量呈非线性递增,随预紧力呈线性递增;在近场区域,药量的变化对响应占主导作用;在中场区域,受药量和预紧力的双重控制;远场区域,主要由预紧力的变化主导;在螺柱撞击阶段,结构响应与撞击部位的材料特性紧密相关,具有较小屈服强度和较大塑性变形能力的材料,具有较好的吸能效果,结构的响应最小。     

防松胶对螺纹连接预紧力影响试验研究

鉴于螺纹在涂胶前后或涂不同种类防松胶、施加相同拧紧力矩时产生的螺栓预紧力差别较大,对空间光学遥感器装配中常用防松胶对螺纹连接预紧力影响进行定量试验研究,结果表明,在螺纹上涂硅橡胶D04(L)与不涂胶相比,相同拧紧力矩时螺栓预紧力减小50%~70%;涂厌氧胶乐泰243、相同拧紧力矩时螺栓预紧力增大46%~98%。某类防松胶使用前需对其对螺纹连接预紧力影响进行定量测试,据测试结果调整螺栓的拧紧力矩达到预期预紧力;在对预紧力精确控制的连接区域,力矩扳手紧固方式不再适用。     

航天器非火工分离装置接触建模与仿真分析

为保证航天器发射过程中分离装置的可靠连接与分离，对某型非火工分离装置的接触动力学及分离释放过程进行研究。该非火工分离装置采用记忆合金弹簧作为驱动源，分析接触碰撞模型并根据接触理论计算接触参数，建立其动力学仿真模型并进行仿真计算，结果显示分离冲击不超过300g,与试验结果相符。研究分离装置中记忆合金弹簧回复时间、预紧力及弹簧刚度等因素对分离过程的影响，结果表明回复时间和预紧力对分离装置的冲击响应的影响效果相反，应综合考虑取值，弹簧参数中分离顶推弹簧刚度和螺栓弹簧刚度对分离冲击的影响最大。     

SPH-FEM耦合算法在爆炸螺栓解锁分离过程中的应用

爆炸螺栓是航空航天、武器装备等领域应用极为广泛的一种解锁分离装置,其爆炸分离过程产生的冲击激励使连接结构分离的同时,也将对周围结构产生严重的冲击破坏作用。本文基于计及材料强度的流体动力学控制方程,开发复合链表搜索技术及耦合SPH-FEM技术,分别采用SPH方法与有限元方法建立爆炸螺栓及其连接结构的三维数值模型,模拟分析了爆炸螺栓的解锁分离过程及结构在爆炸冲击激励作用下的动响应特性。     

磁力预紧缓冲器的力学特性及缓冲性能研究

在冲击作用下,传统预紧缓冲器能够为设备提供良好的缓冲效果,但是当外界冲击大于缓冲器预紧力并发生变形时,会产生大于预紧力的冲击力响应,从而影响缓冲性能。为降低预紧缓冲器的冲击力响应,提高缓冲性能,提出一种磁力预紧缓冲器。利用谐波平衡法对磁力预紧缓冲器的非线性微分方程求解,获得该系统的方程解;通过数值计算获得磁力预紧缓冲器的冲击响应规律,将磁力预紧缓冲器与传统预紧缓冲器的冲击响应进行对比分析。上述计算结果说明,在具有相同预紧力的情况下,磁力预紧缓冲器的冲击响应受到磁力预紧力和线性刚度的影响;与其它预紧缓冲器相比,通过选择合适线性刚度的磁力预紧缓冲器,传递力响应以及速度响应都能够明显地降低,而位移响应基本保持不变。利用跌落冲击机对原理样机进行冲击试验,试验结果与理论结果基本一致,验证理论计算结果的准确性。     

考虑紧固螺栓的三排滚柱式转盘轴承载荷分布计算

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响,提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先,基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况,建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型,并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑,采用非线性弹簧单元模拟滚子,通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后,设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验,通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后,基于构建的有限元模型,分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著,而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱,其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大,下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小;在轴向力和倾覆力矩的联合作用下,三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子,充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力,而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷,导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。     

法兰连接爆炸冲击动力响应分析数值模拟

运用LS-DYNA非线性有限元软件,建立了法兰连接结构的三维有限元模型,使用罚函数法实现了法兰盘-螺栓连接-法兰垫的非线性耦合作用,利用温度荷载法实现了螺栓连接结构的预紧力加载,采用ALE多物质流-固耦合算法研究了法兰连接结构在爆炸冲击荷载作用下的动力响应特性,分别研究了法兰连接在爆炸冲击荷载作用下冲击波入射角、螺栓连接预紧力、法兰垫厚度对其结构的影响,并考虑了垫片为金属材料(合金钢)以及非金属材料(橡胶)时的情况。结果表明,法兰盘为法兰连接的主要耗能构件。合金钢法兰垫片受冲击波入射角的影响较小,而螺栓连接则主要受冲击波入射角的影响。法兰盘在高压压缩波的作用下会产生相对于螺栓连接的不均匀压缩变形。厚垫片并非比薄垫片好,适当减小法兰垫片厚度,可以提高法兰结构的抗冲击能力。     

以聚四氟乙烯为密封件的法兰结构低温密封性能研究

利用法兰-密封件-螺栓密封结构密封性能测试实验台,针对常温和-196℃低温温区,对聚四氟乙烯密封圈密封性能的影响因素开展了实验研究,着重探讨了螺栓预紧力矩、工作压力及温度对其密封性能的影响情况。结果显示:在固定预紧力矩下,随着工作压力的不断升高,该密封结构在常温和-196℃两个温区都会出现泄漏临界压力点,并且临界压力与单位面积密封圈上预紧力之间均呈现较好的线性关系;在相同的螺栓预紧力下,该密封结构在低温下的临界压力低于常温下的临界压力,说明聚四氟乙烯密封性能常温优于低温。     

螺栓拧紧过程中工况对复合材料连接结构夹紧力的影响

针对复合材料结构螺栓连接,拧紧工况的不同会改变端面和螺纹间的摩擦系数,从而影响到扭矩系数,使夹紧力随拧紧力矩变化的趋势十分复杂.首先对螺栓连接过程进行理论分析,得到了夹紧力和复合应力状态下螺栓屈服夹紧力的表达式.然后以某型号螺栓为对象进行试验研究,在规定的目标预紧力下,分别测得了不同润滑条件、垫圈条件和拧紧速度下的拧紧...     

预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响研究

为研究预紧力对螺栓联接机匣模态频率的影响,首先,从理论上建立预紧力作用下螺栓联接结构模态方程;其次,以螺栓联接板试件为例,基于有限元分析和试验相结合的方法,验证螺栓联接接触面处理方法的准确性;然后,建立较为精细的机匣有限元模型,进行不同预紧力作用下的机匣模态分析;最后,分析刚性机匣和预紧力作用条件下的实体机匣各阶固有频率相对差异,重点研究预紧力变化对各阶模态频率影响程度。研究表明,随着预紧力增大,机匣各阶固有频率总体上有所增大,并且预紧力对各阶固有频率的影响程度各不相同,结合振型图发现,对于连接面处相对变形较大的振型,其模态频率受预紧力影响较大;而对于连接面处相对变形较小的振型,其模态频率受预紧力影响较小。     

螺栓拧紧试验台的研制

螺栓拧紧试验台通过测定螺栓所受的拧紧力矩和预紧力 ,从而确定螺栓的力矩系数。本文对试验台的工作原理、结构设计、试验结果及测力传感器静态标定作了具体分析和介绍。     

低温及大温差区输电铁塔螺栓扭矩及横向振动试验研究

螺栓松动是强风和舞动区输电铁塔横担损坏的主要原因,输电线路运行环境温度及其变化会对螺栓应力和防松性能产生影响。通过开展低温及大温差环境下输电铁塔螺栓扭矩试验和横向振动试验,获得了施工扭矩下-50℃～30℃的螺栓预紧力及材料强度利用系数,确定了输电线路运行环境温度及温差变化对螺栓预紧力及防松性能的影响规律,评估了输电铁塔单螺母和双螺母螺栓在低温及大温差环境下的防松效果。按照现行规范的输电铁塔螺栓施工扭矩,-50℃低温及80℃温差环境下施工不会对输电铁塔螺栓强度安全产生影响。输电铁塔螺栓按照相同扭矩在室温环境施拧后,随横向振动环境温度(30℃～-50℃)的降低,输电铁塔螺栓振后残余预紧力百分比逐渐增大,即在低温运行环境下螺栓的防松性能有所提高。其中,单螺母螺栓-50℃环境下的防松性能比室温20℃环境下提高了41.0%。     

精密轴承的预紧力定位包装研究

目的解决精密轴承现有包装在运输过程中受到振动和冲击影响易导致其接触面间的表面质量下降的问题。方法提出了一种刚柔结合的精密轴承包装方法,通过预紧力定位装置消除轴承滚动体与内圈两者间游隙,结合缓冲衬垫对包装件进行防护。通过应力-应变原理设计预紧力定位装置结构,并利用有限元软件模拟该装置与轴承相互作用的工作过程,研究该过程中轴承受力变化情况及预紧装置的力学表现。结果仿真结果显示定位装置对轴承施加预紧力后游隙消失,且轴承的弹性变形在可承受范围内。通过对整体包装件进行自由跌落试验,测得轴承受到的冲击加速度小于50G,并检测轴承接触表面无损伤。结论所提出的精密轴承包装方法能够对精密轴承提供保护作用。     

含螺栓连接转子系统非线性振动特性研究

针对航空发动机转子大量采用的螺栓法兰连接,建立了连接结构的力学模型,定性给出了两段转子在相对弯曲时连接部位弯矩的分段线性参数化模型。应用状态空间理论和数值计算方法对一个含螺栓连接的转子系统进行了数值模拟,研究其模态特性和稳态动力学响应。研究表明,分段线性变化连接刚度对中转速段尤其是二阶临界转速附近的模态和稳态动力学响应产生较大影响,而转子系统在低速段和高速段保持相对稳定的、可线性化的运动。分析了预紧力对转子运动特性的影响,发现预紧力对转子系统运动稳定性影响显著,在一定范围内增大预紧力会使系统不稳定加剧,但会缩短不稳定运动的区间范围。     

室温下C/SiC复合材料螺纹紧固件的拧紧特性

探讨了C/SiC陶瓷基复合材料螺纹紧固件在室温下的拧紧特性。试验测试了紧固件在拧紧和拧松过程中, 力矩与预紧力两者的对应关系, 记录了预紧力在短时、 长时内的减小比率, 并用显微镜观察了螺纹面的磨损情况。另外, 分析了材料非线性拉伸行为对拧紧状态所造成的影响。结果表明: 拧紧、 拧松力矩与预紧力之间近似呈线性关系, 螺纹面和支承面的平均摩擦系数分别为0.52和0.46; 随拧紧力矩增大, 螺纹面产生一定程度磨损, 螺纹之间的相互嵌入作用减弱, 因此预紧力在拧紧后的降幅减小, 稳定性提高; 对螺栓进行适当的预拉伸处理, 提高材料的弹性极限后, 可提高紧固件的抗松弛能力。     

泵体端盖螺栓失效分析

以某企业HWD100-400燃料油泵端盖的紧固螺栓为研究对象,介绍了紧固螺栓的服役条件及常见失效形式,并通过宏观形貌分析、化学成分测试、金相组织分析、硬度测试分析等分析方法,分析了该紧固螺栓断裂的原因。结果表明,紧固螺栓在安装时预紧力过大,而产生的应力集中造成该紧固螺栓失效。     

螺栓连接对结构模态及传递特性影响研究

针对螺栓刚度及预紧力对装配体模态、传递函数影响较大而在设备装配中因处理困难常被忽略问题,利用有限元计算、试验结合对比方法分析、研究。用ANSYS软件预应力模态分析及谐响应分析对装配体进行仿真计算;对三种刚度螺栓分别施加相同预紧力,对钢制螺栓施加六组不同预紧力进行试验;分析对比计算值与试验值误差。结果表明,忽略接触阻尼的计算值与试验值存在最大误差约15%;同一预紧力时,随螺栓刚度的提高固有频率呈增大趋势,各阶频率的最大变形量随之增大;随预紧力的增大,结构传递函数趋于明朗化。     

基于有限元的一种新型螺母的防松机理研究

利用有限元软件ABAQUS,建立一种新型防松螺母和标准螺母的三维有限元模型,并分别与标准螺栓装配。首先分析在循环横向载荷作用下,锁紧后的标准螺母螺栓预紧力和啮合螺纹间微滑移的变化趋势;随后比较了相同初始预紧力条件下,新型防松螺母和标准螺母承受一定的循环横向载荷时剩余预紧力和啮合螺纹微滑移。结果表明,循环横向载荷下,预紧力的降低和啮合螺纹间的微滑移是螺栓联结松动的主要原因;初始预紧力对剩余预紧力百分比和微滑移有较大影响,在允许条件下应尽量增大预紧力;同时,该防松螺母具有较好的抵抗自松动的能力,这与试验结果吻合较好。最后研究了防松螺母的防松机理以及工作时产生的附加弯矩随预紧力的变化趋势。     

输电铁塔双螺母防松螺栓横向振动试验研究

螺栓松动是强风区和舞动区输电铁塔横担损坏的主要原因,通过开展三种型式输电铁塔双螺母螺栓的横向振动试验,获得了双螺母螺栓的预紧力时程曲线,分析了上、下螺母安装扭矩比例对螺栓预紧力衰减特性的影响规律。下螺母与上螺母安装扭矩之比为25%时,普通双螺母螺栓的防松性能最佳。完成了输电铁塔横担在舞动工况下的横向振动试验,确定了铁塔横担螺栓松动顺序和松动位置的分布规律。舞动荷载作用下横担下平面螺栓易发生松动,其中下平面主材与固定端连接螺栓、横担端部挂点处杆件连接螺栓的松脱现象最为严重,建议设计时进一步提高横担下平面主材及斜材连接螺栓的防松性能。     

航天飞行器爆炸冲击环境减缓技术研究

星箭分离过程中,火工品解锁,卫星受到严酷的爆炸冲击环境,强烈的高频冲击环境可能使卫星上的电子、光学和其它敏感设备产生破坏。为减少卫星分离过程中相互之间产生的冲击作用,可在卫星与适配器之间安装减冲击环;通过对减冲击环的高频缓冲机理进行研究,分析冲击波的传递路径,在此基础上针对卫星模型进行减冲击环设计。采用爆炸冲击模拟星箭分离冲击环境,对其缓冲效果进行了评估,拐点之后减冲击环能衰减10 dB以上的冲击响应。