联轴器螺栓紧固件的有限元建模仿真和试验分析（英文）

研究了联轴器螺栓紧固件在复杂载荷作用下的应力状态,对分析联轴器螺纹螺栓的失效具有重要价值。采用精确几何形状螺纹建模方法对联轴器的螺纹进行了建模,并将其嵌入ANSYS软件对螺纹螺栓的预紧力、联轴器受载后的等效应力和联轴器螺纹螺栓的结构应力进行了仿真分析,并进行了试验对比研究。结果表明:所建立的模型能很好地仿真螺栓自松弛现象,可以认为螺栓松弛乃至结构的疲劳强度对扭转载荷的大小更敏感,能为深入研究联轴器螺纹螺栓的失效提供参考。     

某无人机螺旋桨联接螺栓断裂失效的多学科分析与改进

某型无人机在试飞试验中螺旋桨的4根30Cr Mn Si A联接螺栓发生早期断裂失效故障。综合材料失效分析、表面完整性分析、断裂强度分析、结构动力学分析、载荷-时间历史分析、螺纹联接设计分析和螺纹加工工艺分析的多学科分析方法,确定了造成接螺栓早期断裂失效的多重因素。结果表明,除4号螺栓外,其余3根螺栓均属于疲劳断裂失效。造成疲劳断裂的主要原因如下:该无人机海运中联接螺栓未进行腐蚀防护,导致螺栓遭受了海洋大气环境腐蚀,加上较大的螺栓预紧力,螺纹根部产生了腐蚀剥落和应力腐蚀损伤,大幅降低了螺栓的抗疲劳性能;试飞时发动机工作转速与螺旋桨的1节径3阶模态固有频率吻合,致使螺旋桨产生了共振,从而使联接螺栓遭受了共振疲劳载荷作用。在此基础上提出抗疲劳建议:在储运和使用中对螺栓进行腐蚀防护;避免发动机长时间工作在共振转速附近;应采用滚压加工螺纹以提高螺栓的疲劳强度;调整螺旋桨盘螺栓孔的位置,降低螺栓工作载荷;将螺钉联接设计改为螺栓联接设计,以避免铝合金内螺纹变形;适当减小螺栓预紧扭矩,以降低疲劳载荷的平均应力水平。     

某核电厂海水过滤器转子连接螺栓的失效原因

为弄清核电厂海水过滤器转子连接螺栓发生断裂失效的原因,采用体视显微镜、扫描电镜和能谱仪观察螺栓断口形貌,分析腐蚀产物成分。利用Marc有限元软件分别模拟了剪切载荷和轴向拉伸载荷作用下螺栓中的应力分布,并讨论了螺栓的失效机理。结果表明:距离法兰支撑面最近的第一扣螺纹牙承受的载荷最大;在径向交变剪切载荷和轴向拉伸载荷的长期作用下,螺纹根部的微裂纹沿弧切线方向扩展,最终导致疲劳断裂。     

螺纹连接模拟分析的简化建模

螺栓螺纹仿真简化建模方法可以给出非常接近真实螺栓螺纹受力仿真分析数据结果而不需要建立详细的几何模型和网格二次划分,在大型复杂装配体的模拟分析中,能节约大量的计算时间和成本。同时,本文通过专用单元方式施加了螺栓预紧力。文章描述了实际螺纹和简化螺栓螺纹的区别,分别创建了螺纹、盖板和底板模型,并给出了螺栓预紧力作用截面和接触对。分析结果显示螺栓轴向位移的最大值和最小值误差分别为2.4%和1.9%,相应位置上Von Mises应力相差很小,简化模型计算时间是实际模型的1/10。     

联轴器叠片组件的应力影响因素研究

针对联轴器叠片组件断裂事件多为从最外层叠片首先出现断裂或者仅最外层叠片出现断裂的问题,开展叠片组件的应力影响因素研究。通过建立叠片联轴器的有限元仿真模型,开展了叠片组件在螺栓预紧力载荷和转矩载荷作用下的叠片组件应力分布研究。并进一步开展了螺栓预紧力和最外层叠片厚度对最外层叠片开裂位置的应力值的影响研究。结果表明,叠片组件的最外层叠片应力最大,向内层逐渐减小,最外层叠片开裂位置的应力值随螺栓预紧力的减小而减小,且最外层叠片开裂位置的应力值随最外层叠片厚度的增大而减小。研究建议将最外层叠片的厚度设置为1.2 mm以下,可有效减小最外层叠片的应力水平。     

振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为仿真分析北大核心

为探究振动载荷频率对螺栓法兰连接结构松动行为的影响规律仿真分析,首先建立了带螺旋升角螺纹的螺栓法兰连接结构精细有限元模型,进行了全六面体网格划分,采用了施加力矩法施加初始预紧力,运用Yamamoto方法和Spowith方法验证了模型的有效性,然后进行了螺栓松动条件理论分析,最后进行了振动载荷下螺栓法兰连接结构松动行为仿真计算,基于螺栓预紧力变化和螺纹接触面、螺栓头接触面黏着-滑移接触状态变化情况分析了振动载荷频率对螺栓松动行为的影响规律。结果表明,存在一振动载荷频率临界值,使得螺栓松动最不容易发生;一定范围内,低振动载荷频率较高振动载荷频率振更容易引起螺栓松动;当达到一定值后,振动载荷频率将对螺栓松动影响较小。     

往复式压缩机进气阀固定螺栓断裂分析

对往复式压缩机的进气阀连接螺栓断裂失效情况进行分析,通过对其断口形貌、化学成分、力学性能和金相组织进行检测分析,发现螺栓的失效原因是在交变载荷的长期作用下,螺纹根部存在的原始缺陷以及紧固螺母与设备结合处螺铨的螺纹根部存在应力集中现象,使该部位形成裂纹源,最终螺栓发生疲劳断裂.     

耳环螺栓断裂失效分析

通过螺栓断口宏微观观察、金相组织检查、硬度测试以及螺纹表面粗糙度、牙底R角测量等方法对发生断裂的耳环螺栓进行了失效分析。结果表明:螺纹牙底R角偏小、螺纹表面粗糙度较大以及螺纹中径偏大导致了螺栓疲劳裂纹的出现,在交变应力作用下,裂纹扩展直至螺栓断裂。螺栓断裂为疲劳断裂。     

剪切激励下润滑脂对螺栓连接结构松动行为的影响研究

目的 为了提高螺栓连接结构的可靠性,分析剪切激励下螺栓连接结构松动失效机理,并研究润滑脂对螺栓连接松动行为的影响。方法 基于自主设计的试验装置,开展了剪切激励下螺栓连接结构的松动试验,分析了两种润滑脂(MoS2润滑脂和锂基润滑脂)对螺栓连接结构松动行为的影响,试验结束后使用扫描电子显微镜分析螺纹表面的损伤情况。结果 在相同预紧力条件下,使用润滑脂的螺栓连接结构初始预紧力矩可降低30%~40%。螺栓连接结构所承受的剪切载荷存在门槛值,即当剪切载荷低于门槛值时,连接结构不会完全松动。在螺栓前三圈接触螺纹表面添加润滑脂(局部润滑),门槛值降低;在螺栓全部接触螺纹表面均添加润滑脂(完全润滑),门槛值进一步降低。当承受载荷幅值低于门槛值时,局部润滑有利于防松,螺栓连接结构的松动程度可降低20%以上。结论 螺纹接触界面的微观滑移和微动磨损是螺栓连接结构松动的主要原因,在螺纹接触界面添加润滑脂可有效减缓螺纹表面的微动磨损。     

弹性模量对异种材料螺栓连接性能的影响

利用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,分析被连接件弹性模量对螺栓连接结构力学性能和动态响应的影响;使用光学显微镜和扫描电子显微镜分析螺纹表面损伤,并讨论被连接件弹性模量对螺栓连接结构疲劳寿命的影响。结果表明：随着被连接件材料弹性模量增大,连接结构松弛系数Z增大,螺栓内力系数Φ和应力幅σ_α减小;螺栓螺纹承载面上存在剥落坑、犁沟以及塑性流动痕迹,且被连接件弹性模量越大,螺纹表面损伤程度越低,螺栓剩余轴向力越高,服役寿命提高。     

循环式行星滚柱丝杠副的热力耦合特性研究

为了研究循环式行星滚柱丝杠副在不同轴向载荷和不同工作温度下的变形和接触应力分布规律,以循环式行星滚柱丝杠副中的丝杠为研究对象,采用热力耦合仿真方法,建立了循环式行星滚柱丝杠副的有限元模型,研究不同工况下滚柱丝杠副的轴向载荷和工作温度使丝杠产生的变形和接触应力规律.对比轴向载荷、工作温度、热力耦合3种工况下丝杠的变形和接...     

基于弹簧刚度法的螺栓分布研究

螺栓组载荷分布不均是齿轮齿条钻机产生振动甚至损坏的重要原因之一。工程中,螺栓连接点常常会受到复杂的时变低速重载,螺栓组容易因载荷分布不均而发生断裂,从而影响钻机的稳定性。为研究不同螺栓分布情况下螺栓组所受应力情况,通过建立多螺栓连接的力学模型对螺栓载荷分布情况进行分析,并在此基础上考虑结构复杂的连接件提出一种多螺栓连接载荷计算方法。设计并进行了试验研究和有限元分析,通过对比其结果,验证了计算方法的准确性。基于提出的理论计算方法,给出载荷作用下螺栓剪切应力的分布规律,对比了螺栓均匀分布模型和非均匀分布模型的剪切应力分布特点,结果发现非均匀螺栓分布的承载分布均匀性要优于均匀分布的螺栓。     

船用吊篮高空坠落事故原因分析

船用作业吊篮在距地面20m岛处作业时发生坠落事故。通过断口宏微观观察、化学成分分析、力学性能检测及金相组织检查等,对事故中的断裂螺栓进行检验和分析。对吊篮系统在役情况下的应力分布和安全性进行计算和分析,计算结果表明：事故中M36mm螺栓在正常服役、违章作业、存在微裂纹缺陷等条件下是安令的。对吊篮坠落事故的发生过程进行分析与计算,结果表明：当吊篮系统受到外力作用而失去平衡的瞬间,巨大的剪切载荷造成梁端部M10mm连接螺栓首先剪切断裂,梁坠落过程中M36mm螺栓在冲击、扭转和弯曲应方下发牛断裂,最终整个吊篮系统发生高空坠落。     

电力机车连接螺栓断裂分析

采用宏观观察、金相检验、成分分析、力学性能检测及断口分析对断裂的连接螺栓进行分析。结果表明:螺栓呈现脆性断裂特征,裂纹源位于螺杆与六角头过渡处,源区微观特征为沿晶+准解理,晶面上存在孔洞及撕裂棱,具有氢脆断裂的特征,并且在螺杆与六角头过渡处存在过度腐蚀的特征;螺栓断裂的主要原因为酸洗过度导致过多的H渗入基体内,在扭转应力和拉伸应力共同作用下,发生氢致延迟断裂。     

基于ESLM热机耦合结构动态优化设计

等效静态负载法(ESLM)为动态响应优化技术提供了有效的解决方案,并用于具有单个机械负载的支架、横梁、杆和薄板等简单结构或网格要求较低的结构,但在热机械负荷的耦合作用下研究很少。因此,基于ESLM的热力机械耦合结构动态优化方法的研究具有一定的意义和价值。结合热弹性与等效静态方法,在热负荷与机械负荷耦合作用下,得出动态负荷的等效静态转换机制,并以悬臂束为例,验证热物理场和热结构中的等效理论,这同样适用于耦合物理。以典型的瞬态热力机械耦合结构——柴油发动机活塞为研究对象,通过活塞-热-机械耦合的瞬态动力学分析,提取16个关键位置的应力和位移结果,进行等效转换计算。结果表明：等效转换前后被检查区域的最大等效应力误差在3%以内,最大位移误差在2%以内。进一步分析比较活塞热力负荷作用下的静态优化和基于ESLM的动态优化结果,第一环槽的两个优化活塞变形、应力和温度相似,但ESLM动态优化与静态优化相比使活塞质量降低4.7%。研究成果证明了基于ESLM的动态优化方法的优势。     

三螺杆泵的温度场及热力耦合分析

为适应三螺杆泵高速、高压、大流量的发展趋势,严格控制螺杆变形及其相关间隙以减少泵内泄漏是关键.以三螺杆泵为研究对象,将泵内温度场作为载荷施加在主、从动螺杆表面,并进行温度-结构耦合的数值模拟分析.研究不同工况下三螺杆泵内温度和工作扭矩使主、从动螺杆产生的变形规律,并对比与主、从动螺杆在各单独物理场作用下和耦合作用下的变...     

The Quasi-static Deformation, Failure, and Fracture Behavior of Titanium Alloy Gusset Plates Containing Bolt Holes

In this article, the influence of bolt holes, specifically their number and layout on strength, deformation, and final fracture behavior of titanium alloy gusset plates under the influence of an external load is presented and discussed. Several plates having differences in both the number and layout of the bolt holes were precision machined and then deformed under quasi-static loading. The specific influence of number of bolt holes and their layout on maximum load-carrying capability and even fracture load was determined. The conjoint influence of bolt number, bolt layout pattern, nature of loading, contribution from local stress concentration, and intrinsic microstructural effects in governing the macroscopic fracture mode and intrinsic microscopic mechanisms is presented and discussed.     

多头螺杆钻具等壁厚定子衬套的性能分析

研究了多头螺杆钻具定子及其衬套的变形规律和应力分布,对其应力和应变的分布情况作了理论分析;研究了静压和压差耦合作用(实际工况)下,定子与转子啮合引起橡胶衬套的变形和应力的变化。对等壁厚定子及其衬套进行有限元分析,并与常规定子衬套的有限元结果对比,得出了其力学性能和密封性能优势的量化。结果表明:均匀压力下,等壁厚衬套的法相变形比常规衬套减小约50%且变化均匀;静压和压差耦合作用下,等壁厚定子衬套比常规定子衬套的临界接触压力大,减小速度慢;提高了螺杆钻具的工作性能和密封能力,为等壁厚定转子的优化设计提供了理论基础。     

45钢螺栓断裂失效分析

对45钢连接螺栓断裂件的显微组织、断口形貌、硬度和抗拉强度进行了观察分析和测试.结果表明,螺栓头部圆周外缘部分组织为正常回火索氏体,但其心部和螺杆部分出现非正常的网状铁素体和珠光体组织,降低了零件的硬度和强韧性,是导致螺栓断裂的主要原因.另外,螺栓加工头部支承面到螺杆颈部的肩胛根部没有过渡圆弧,也是螺栓断裂失效的一个原因.