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。     

多工况耦合法兰连接结构密封性研究

法兰连接结构广泛应用于工业生产领域,法兰处若发生泄漏,会影响设备正常运行,严重时还会对人员造成伤害,对环境造成污染。由此,对法兰连接结构的密封性进行研究,具有重要工程意义和价值。以法兰连接结构为研究对象,利用Waters设计方法和有限元分析方法,对不同预紧装配顺序,以及压力温度载荷工况、机械载荷工况、振动载荷工况的密封性进行分析。研究结果表明,螺栓预紧装配顺序、压力温度载荷工况下不均匀预紧、机械载荷工况、振动载荷工况均会对法兰连接结构的密封性造成影响,不同工况下预紧力丧失为20%～80%。在工程应用中,采用顺序紧固方式,在升温降温工况下,系统管道中管端载荷及振动载荷均会造成垫片接触应力分布不均匀,严重时可能导致垫片泄漏。对此,可以采用螺栓交叉拧紧、高温环境螺栓热紧工艺、双叠防松垫片等措施进行预防。     

法兰密封系统螺栓加载方式试验研究

均匀的螺栓载荷对法兰密封性能有极为重要的意义,由于螺栓间存在弹性交互作用,采用扭矩增量控制法按一定加载顺序加载才能降低螺栓载荷离散程度。试验研究了ASMEPCC-1传统的加载方法（LEGACY方法）和JISB2251加载方法在DNl00法兰8螺栓结构中的加载规律,以及载荷渐增顺次螺栓加载方法。采用应变片和应变仪实时监测螺栓载荷,采用力矩扳手加载。结果表明,ASME传统加载方法较为繁琐,JISB2251加载方法效率高且不易出错;以扭矩增量控制法顺次加载也能获得均匀的螺栓载荷;在保证充足预紧轮次的情况下,加载方式对最终螺栓载荷的离散程度影响不大,最后以目标载荷顺次加载几轮非常有必要。     

螺栓绝对拉伸量与残余拉伸量的函数关系式研究

液压装置轴向拉伸螺栓,螺栓在恢复自由变形时将冲击螺栓连接件,此时很难定量计算最终的螺栓预紧力,目前工程上一般采用实验数据给出液压拉伸油压与最终螺栓预紧力的关系图。鉴于此,在材料力学中杆件的伸长量变形公式基础上,理论计算出绝对螺栓预紧力,同时结合蒸汽发生器螺栓测量的大量螺栓拉伸数据,利用离散数据的最小二乘法拟合工具,得到绝对螺栓预紧力与残余螺栓预紧力的函数关系式,为后续液压拉伸工具的设计提供一定的指导。     

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。     

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.     

螺栓及其预紧力对大型转盘轴承接触载荷分布的影响北大核心

研究了转盘轴承钢球的简化方法以及螺栓预紧力的模拟方法,建立了无螺栓和有螺栓转盘轴承的简化模型,并对其进行了静力学仿真分析。结果表明:有螺栓模型的接触载荷最大值略大于无螺栓模型的接触载荷最大值,随着螺栓预紧力的增大,接触载荷分布越来越均匀,螺栓预紧力对接触载荷分布的影响越来越小;钢球与沟道之间的最大接触载荷与螺栓预紧力成反比。     

螺栓及其预紧力对大型转盘轴承接触载荷分布的影响

研究了转盘轴承钢球的简化方法以及螺栓预紧力的模拟方法,建立了无螺栓和有螺栓转盘轴承的简化模型,并对其进行了静力学仿真分析。结果表明:有螺栓模型的接触载荷最大值略大于无螺栓模型的接触载荷最大值,随着螺栓预紧力的增大,接触载荷分布越来越均匀,螺栓预紧力对接触载荷分布的影响越来越小;钢球与沟道之间的最大接触载荷与螺栓预紧力成反比。     

基于精细螺栓模型的爆破阀热固耦合密封性能分析

爆破阀是新一代核电机组的关键防护装置,正常运行时,要求阀门本体零泄漏,其密封性主要取决于热和工作载荷作用下的螺栓接头的力学性能。针对以往螺栓连接件分析中没有考虑螺纹细节的情况,建立了可以准确描述螺纹细节的精细化有限元模型;考虑了垫片非线性行为,垫片采用ABAQUS软件中的GASKET单元;对爆破阀温度场和应力场、螺栓拉伸力进行分析。发现了螺栓拉伸力最低的时刻,并评价此时垫片的密封性能。对不同螺栓预紧力下以及不同载荷下螺栓拉伸力变化情况进行了研究;对螺纹接触面状态变化与螺栓拉伸力关系、各螺距螺纹所占螺栓拉伸力比例、螺母转角与螺栓拉伸力关系进行分析;对过盈模型、Bolt Load模型、考虑螺纹装配的精细模型三种不同施加预紧力的模型分别进行模拟比较,得出精细模型能更真实地模拟螺栓拉伸力的变化过程。     

高压设备大直径封口螺栓预紧程序的试验研究

螺栓预紧对于保证高压设备大直径封口的密封可靠和螺栓的安全使用至关重要。本文针对目前国内大型高压设备普遍采用的液压螺栓拉伸器预紧方式,主要结合双锥环密封结构,通过大量的试验,就影响螺栓预紧力及其均匀性的诸因素进行了分析探讨。试验研究结果可供实际工程中合理制定螺栓预紧程序时参考。     

持续制动工况下轴装制动盘螺栓载荷演化规律

制动盘螺栓紧固结构的完整性对于保证良好的制动性能至关重要。通过建立热-机耦合有限元分析模型,研究列车在长大下坡持续制动过程中轴装制动盘螺栓的载荷演化规律。结果表明,在制动表面产生的热量向制动盘内部及其他连接结构传递的过程中,制动盘中的温度梯度是导致螺栓载荷出现变化的主导因素。螺栓的轴向拉伸载荷出现先下降后反弹的演化规律,不均匀的温度场使螺栓内部出现弯曲载荷,且螺栓的周向弯曲载荷明显大于径向弯曲载荷。对流换热系数的增加可以减小螺栓轴向拉伸载荷和弯矩的变化,但当对流换热系数增加到一定值时,这种影响逐步减小。螺栓与周围结构热膨胀系数的差异会加剧螺栓载荷的变化,可能会导致螺栓自松的风险增加或者螺栓弯曲失效。螺栓预紧力对螺栓弯矩变化没有影响,而对螺栓轴力变化有一定的影响。     

基于非线性有限元的螺栓法兰接头应力分析

考虑法兰接头各元件之间的相互作用以及垫片材料的非线性,建立了管法兰接头的三维有限元模型,研究了螺栓预紧载荷、介质内压和法兰尺寸对法兰的偏转角度及垫片接触应力的影响。结果表明:螺栓预紧载荷及介质内压的增加均会造成法兰偏转角的增大,从而引起垫片接触应力沿径向方向分布的不均匀程度变大;法兰直径越大,其垫片应力在径向上分布越不均匀;对较小直径的法兰,轴向螺栓力随介质内压的增加而增大,对大直径的法兰,轴向螺栓力随内压增加而减小。     

螺栓预紧力下柴油机主轴承孔及主轴瓦的变形研究

基于Abaqus的二次开发语言Python编写了一套等效柴油机主轴承孔镗孔工艺的迭代程序,运用有限元技术对螺栓预紧工况下的某型柴油机主轴承孔和轴瓦的变形进行了研究,并采用圆跳动和径向全跳动对主轴承孔的变形量进行评判。研究结果表明:此迭代算法对柴油机主轴承孔的镗孔工艺等效效果较好;螺栓预紧力对主轴承孔的轴向变形影响较小,在仿真分析时可认为其在轴向是均匀变形的;在相同的过盈量和螺栓预紧力下,主轴瓦的圆跳动比不考虑镗孔工艺时降低了90%以上。     

缠绕式垫片设计系数的确定

基于缠绕式垫片螺栓法兰系统紧密性的简化分析,导出了满足许用泄漏率要求时螺栓预紧载荷与垫片残余压紧力的变化关系,根据不锈钢缠绕柔性石墨垫片实验结果,按现行国家规范相同的垫片系数m取值,提出了垫片预紧密封比压Y值的确实方法和可供设计使用的Y─P图。     

四代核电高温螺栓松弛设计方法

针对四代核电螺栓高温、重载、长期的设计需求,提出一种基于Norton-Bailey本构的四代核电高温螺栓松弛设计方法 (N-BBD)。该方法基于Norton-Bailey蠕变本构,推导螺栓的应力松弛模型,并以两端取对数法对Norton-Bailey本构参数进行识别,从而建立起螺栓应力松弛模型。以某螺栓设计方案为例,对不同预紧载荷的影响进行分析。结果表明,基于Norton-Bailey本构的松弛模型可有效预测高温、应力等长期作用下螺栓的剩余应力,施加不同初始预紧载荷,经过长时间使用剩余应力值相同,其松弛极限应力与初应力无关。     

工程车辆车轮螺栓预紧力衰减研究

文中以某工程车辆为例,对车轮螺栓在紧急制动工况下预紧力衰减进行研究。首先对车辆车轮螺栓的预紧力及拧紧力矩进行了理论计算。不同类型螺母、不同螺母厚度、不同紧固方式、不同扭矩系数在紧急制动工况下轴向预紧力衰减不同,使用力矩扳手方式紧固的螺栓在试验后的预紧力不满足设计要求;在冲击载荷下施必牢螺母预紧效果良好,30mm厚度螺母剩余预紧力较大,满足要求。最后在试验的基础上对理论计算最小紧固力矩进行修正,为设计人员理论计算的数据更接近真实工况提供支撑。研究表明：冲击载荷下选择30 mm厚度防松螺母,采用拧紧机拧紧的紧固方法可以得到满足要求的剩余预紧力。     

螺栓固定结合面动态特性的影响因素研究

通过扫频和脉冲激励实验方法研究螺栓固定结合面动力学行为,研究预紧力和外载荷力等因素对螺栓固定结合面振动传递特性的影响。分析结果表明,螺栓连接结构的动力学特性直接受到预紧力和外载荷的影响,并表现出不同程度的非线性。同时,讨论公称直径、螺栓数目等设计参数对螺栓连接力学特性的影响,将焊接连接方式和螺栓连接方式进行了对比分析。     

基于结合面密封性的螺栓组连接工艺研究

主要研究了影响结合面密封性的两个因素,即螺栓预紧力和螺栓预紧顺序。建立了结合面任意易泄漏处压应力与螺栓残余预紧力的关联模型,通过工况载荷下的结合面分离应力反求各螺栓的初始预紧力,保证了零部件在装配过程中产生较高的密封性,为工程实践提供了有力的参考价值。提出了确定最优螺栓预紧顺序的工艺方案,并通过接触面上正压力与摩擦力的最大平均值和最小标准差确定了装配过程中的最优螺栓预紧顺序,保证了结合面的密封性。     

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。     

某柴油发动机主轴承盖螺栓的动力学性能分析

主轴承盖螺栓作为发动机中重要的紧固零件,因工作中承受着复杂的动态激励载荷容易发生疲劳失效。在考虑装配预紧力、曲柄连杆惯性力和气体作用力的情况下,采用有限元方法建立了主轴承盖螺栓联接结构动态分析力学模型,分析了主轴承盖螺栓在复杂激励载荷下的应力分布特点,探讨了装配预紧力、曲柄连杆惯性力和气体作用力等重要工作参数对螺栓螺纹牙根部和最大应力截面中心区域应力分布的影响。结果表明,气体作用力是主轴承盖螺栓重要的外部冲击载荷;主轴承盖螺栓最大应力截面中心区域等效应力随着预紧力的增加而增大;工况(转速)对主轴承盖螺栓的受力影响不显著;螺纹牙根部最大应力区域径向等效应力在螺纹牙根部附近急剧下降,其后至螺纹中心逐渐减小。研究对主轴承盖螺栓可靠性和疲劳寿命设计具有一定的理论参考价值。