螺栓球网架节点高强螺栓的疲劳性能研究

螺栓球节点往往是网架结构疲劳破坏的薄弱环节.本文利用螺栓螺纹应力集中系数结合线弹性断裂力学对螺栓球节点的疲劳极限强度进行估算.在S-N曲线法基础上推导了螺栓球节点的疲劳寿命估算公式,该公式结合等寿命曲线综合考虑了应力幅和应力比的影响.将估算结果与国内已有的实验数据进行对比,结果表明该公式能够满足工程设计要求.在此基础上本文研究了初始裂纹长度对高强螺栓疲劳寿命的影响,并给出了影响规律.     

高强螺栓球节点常幅疲劳性能试验研究及计算

对螺栓球节点网架中高强螺栓的常幅疲劳性能展开了相关的理论与试验研究。利用稳定、可靠的疲劳试验加载装置和Amsler疲劳试验机对高强螺栓的疲劳性能进行试验;并将试验结果与国内相似研究成果进行对比分析,得出了合理的高强螺栓球节点常幅疲劳设计方法。研究结果可为高强螺栓球网架的设计及疲劳验算提供参考。     

不同应力幅下高强螺栓的疲劳破坏特征研究

对螺栓球节点网架中M22高强螺栓的疲劳性能展开了相关的理论与试验研究。利用稳定可靠的疲劳试验加载装置和Amsler疲劳试验机对高强螺栓的疲劳性能进行试验,并通过对高强螺栓疲劳破坏断口宏观照片和微观照片的分析,探讨螺栓球节点网架中高强螺栓疲劳破坏机理。     

35CrMo钢螺栓疲劳寿命预测方法研究

针对大型螺栓的疲劳寿命预测问题,以35CrMo钢螺栓为研究对象,提出以应力集中系数为等效损伤参量的螺栓模拟构件模型,并进一步考虑疲劳综合修正系数,预测服役螺栓的疲劳寿命。研究结果表明：随着公称直径、螺纹圈数和牙底圆角的增加,螺纹应力集中系数呈现下降趋势,而螺距的增加使得应力集中系数逐渐增大;模拟构件的螺纹缺口模型与圆环缺口模型的应力集中系数差异很小,计算分析时可用圆环缺口模型代替螺纹缺口模型;综合修正系数方法预测的螺栓疲劳寿命曲线与有限元模拟的结果基本一致,验证了本研究所提出的基于模拟构件的疲劳寿命预测方法具有较高准确性及较好适用性。     

销铰连接M36高强螺栓常幅疲劳性能试验

在循环荷载作用下,大跨度钢结构销铰连接高强螺栓可能发生疲劳失效.为研究其疲劳性能,针对材质35CrMoA的12.9级高强螺栓进行9组常幅疲劳试验,拟合得到应力-循环次数曲线(S-N曲线),数值模拟获得其应力分布规律及应力集中系数,并通过试件断口形貌揭示其疲劳破坏机理.结果表明:螺栓承压面第一节螺纹齿根及耳板对试件的挤压处应力集中较严重,理论应力集中系数为4.409;螺栓的疲劳破坏绝大部分起始于模拟所得试件的应力突变位置,断口疲劳破坏特征明显;所得S-N曲线可以反映不同应力幅下销铰连接高强螺栓的疲劳寿命,分别建立了以名义应力幅和缺口应力幅为变量的常幅疲劳计算公式;对比试验结果与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)规定的疲劳建议值,2×106次循环对应的名义应力幅与缺口应力幅分别为标准中构件类别Z11建议值的84.78％和373.8％,为构件类别J2建议值的42.39％和186.9％.     

高温下螺栓球节点螺栓连接抗拉性能试验研究

为研究高温下空间结构螺栓球节点受力性能,更好地预测螺栓球节点在火灾高温下的承载能力,进行了高温下螺栓球节点螺栓连接抗拉性能试验,研究了不同温度对螺栓球节点抗拉极限承载力的影响．结果表明：拧入深度为1.1倍螺栓直径时,节点破坏形式为螺栓拉断破坏;高温下螺栓球节点抗拉极限承载力在400℃前并没有明显降低,500℃时极限承载力已经降低至常温承载力的50%,温度升温至700℃时极限承载力几乎完全丧失;在不同温度下,试件表面现象不同,当温度达到300℃时,螺栓球表面开始变黄,螺栓并未发生改变,随着温度升高,螺栓球表面逐渐呈现黑色,700℃情况下,螺栓球表面完全被烧红,螺栓球表面和螺栓表面螺纹开始逐渐起皮脱落．根据所测得的试验结果,对不同温度下试件极限承载力折减系数进行回归拟合,提出了高温下螺栓球节点螺栓抗拉承载力计算方法．     

加载制度对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响

为了研究加载制度不同对螺栓球节点组合试件低周疲劳性能的影响,采用4种加载制度对8个相同试件进行轴向往复加载低周疲劳试验,研究了螺栓球节点在不同加载制度下的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、累积耗能以及承载力退化规律。结果表明：在不同加载制度下,螺栓球节点组合试件的破坏形态基本相同,破坏发生在中间螺栓球节点处,经历了弯曲失稳、高强螺栓产生裂纹、裂纹扩展直到最终发生断裂等过程,破坏螺栓有颈缩现象,所有螺栓的螺纹丝扣均有较严重变形与磨损,超低周疲劳寿命很短;加载制度对试件超低周疲劳性能影响显著;试件的滞回曲线为捏拢类型、不饱满、不对称、耗能能力较小;不同加载制度的试件骨架曲线,无论受拉还是受压均基本重合,因损伤积累过程不同断裂点会有所不同;螺栓球节点的抗弯刚度很弱,在所连接的杆件弯曲时会诱发螺栓的折断,引起结构的连续破坏。     

新型螺栓球柱节点静力承载性能试验研究

在传统网架螺栓球节点的基础上,研发了一种可用于无檩网架的新型节点——螺栓球柱节点.进行了13个螺栓球柱节点的承载力试验.试验结果表明,螺栓球柱节点主要有圆柱筒壁压扁破坏、圆柱筒壁冲切破坏、螺栓拔出破坏、焊缝拉裂破坏等4种破坏模式;在压力和拉力荷载作用下,圆柱筒壁主要承受环向应力;设置加劲肋可以较大幅度地提高节点承载力和增强节点刚度.     

往复荷载下钢管与螺栓球组配试件超低周疲劳断裂试验研究

为探索螺栓球网格结构强震下的破坏特征,对五个螺栓球节点管球组配试件进行了轴向往复荷载作用下的超低周疲劳断裂试验研究。通过电镜扫描观察试件超低周疲劳破坏的裂纹萌生、扩展、断裂、断口形态,并分析了裂纹萌生原因、断裂机理。结果表明:当承受拉-压循环荷载时,试件均经历失稳弯曲、在杆件中点附近局部凹陷、在凹陷处表面萌生裂纹、进一步开裂、最后发生低周疲劳断裂的过程;其断口形状为椭圆,有明显塑性变形,为韧性断裂,疲劳寿命均很短。当试件承受较大压幅值的循环荷载时,试件首先失稳弯曲,然后在杆件中点附近局部凹陷,继而在凹陷处表面萌生裂纹,但同时因节点中高强螺栓承受弯剪作用,在螺栓牙底应力集中位置,也多处同时萌生裂纹并迅速发展,最后导致高强螺栓先于杆件局部凹陷处发生疲劳断裂;其断口表面光滑平整,没有明显塑性变形,疲劳寿命只有18次。     

螺栓球节点中高强度螺栓的超低周疲劳破坏特征

为研究大震下网格结构螺栓球节点的破坏特征及机理,设计了杆件与螺栓球节点组合试件,采用FCS电液伺服结构试验系统对试件进行低周往复加载试验,加载制度为不对成等幅加载,获得了不同幅值加载下试件中高强度螺栓的变形特征。通过对高强螺栓断口的宏、微观分析探讨螺栓球节点中高强度螺栓低周疲劳破坏特征及机理,获得以下结论：随着加载制度中位移幅值增大,螺栓球节点组合试件中高强度螺栓的疲劳寿命减小,断口的疲劳源增加,扩展区面积减小,瞬断区表面不平整性程度提高;在较低位移幅值的加载制度下,螺栓的起裂机理偏向脆性断裂,随着加载制度位移幅值增大高强度螺栓的起裂机理由脆性断裂向准解理断裂转变,螺栓断口的瞬断区呈现偏向韧性断裂的特征。     

网架结构螺栓球节点中M39高强度螺栓变幅疲劳性能试验

螺栓球网架结构在悬挂吊车循环荷载作用下,节点处高强度螺栓易发生疲劳破坏。本文利用MTS疲劳试验机完成了7组M39高强度螺栓在轴向拉伸应力循环下的变幅疲劳试验,通过对疲劳断口的形貌分析,揭示了变幅疲劳的破坏特征,基于miner线性累计损伤法则对试验数据进行折算,得到对应的等效常幅应力,经拟合绘制了变幅疲劳破坏的S-N曲线并给出表达式,最后将此次变幅疲劳数据和已有的M39高强度螺栓常幅疲劳对比,证明了变幅疲劳破坏寿命可以等效成常幅疲劳问题来分析计算。本次变幅疲劳试验结果所得的应力循环次数达200万次时对应的容许应力幅为现行规范中的1.45倍。     

基于缺口应力法的焊接接头多轴疲劳分析

鉴于当前焊接接头疲劳评估曲线只适用于单轴加载情况,基于缺口应力法对焊接接头进行了多轴疲劳分析。通过联合焊接接头的多轴疲劳试验名义应力数据和有限元法所计算的缺口应力集中系数,获得了5种焊接接头的各向缺口应力;根据Von Mises、IIW和EESH 3种多轴疲劳准则计算出等效缺口应力并将其统一在同一坐标系统下;最后采用最小二乘法拟合出适用于多轴疲劳评估的缺口寿命曲线。与IIW标准推荐的单轴曲线相比,这些多轴缺口疲劳曲线具有更低的倾斜度和更高的疲劳等级,即多轴加载时明显降低了10~3~10~6次中周范围内的疲劳强度值,而对10~6~10~7次高周疲劳范围的影响则相对有限。     

网架悬挂吊车吊点的疲劳性能试验研究

对１２个网架悬挂吊车吊点试件进行了静力及疲劳试验．对吊点试件的破坏形式进行了分析，得出高强螺栓疲劳断裂是吊点试件的主要破坏．提出了吊点高强螺栓的疲劳曲线及疲劳强度表达式．为悬挂吊车吊点的疲劳设计提供了依据．     

M30高强螺栓假拧疲劳性能的试验研究

通过对7个M30高强螺栓假拧常幅疲劳性能的试验研究,得到了M30高强螺栓在假拧状况下的疲劳破坏形式;分析了螺栓杆的断口形态,并建立了相应的S-N疲劳曲线以及表达式。最后,与已有的M30高强螺栓全拧的常幅疲劳试验结果对比,得出M30高强螺栓在只拧入3个螺纹的情况下,疲劳强度较全拧高强螺栓的疲劳强度降低了75%。     

螺栓球支座节点中锚栓的超低周疲劳破坏特征

空间网格结构中,支座除了保证自身受力,还对上下部结构起连接和支撑作用,为研究网格结构中螺栓球支座锚栓的超低周疲劳破坏性能,设计了双向加载实验方案,其中垂直方向的压力恒定,水平方向进行大位移往复加载,得到了螺栓球支座节点的超低周疲劳破坏过程,通过对锚栓疲劳破坏过程、断口宏观及微观照片的分析,探讨螺栓球支座中锚栓的超低周疲劳破坏机理。     

螺纹联接动载荷强度计算公式的探讨

该文以柴油机的连杆螺栓联接(非标准件)为例,在微机上用动力有限元方法对螺栓各圈螺牙的载荷分布,螺栓的静、动应力分布进行了计算与研究。提出了较材料力学经验公式精确的既简单又实用的螺纹联接的动载荷强度计算公式。     

弹性螺栓的应用与研究

螺纹连接件是紧固件中重要的类型.螺栓连接构造简单,安装方便,应用极为广泛.对于承受变载荷和冲击载荷的螺栓,我们常采用柔性结构.本文介绍了一种常用于航空发动机上、能改善螺栓受力状况、疲劳强度高的柔性结构螺栓--弹性螺栓,并从合理选材、改进结构、表面强化等方面阐述了弹性螺栓提高疲劳强度的措施.     

GH36合金持久缺口敏感性与蠕变和疲劳及其交互作用下的裂纹扩展速率

研究了GH36合金持久缺口敏感性对裂纹扩展速率的影响。结果表明:通过软化的热处理制度来改善材料的持久塑性达到消除持久缺口敏感性的目的,对在蠕变或以蠕变为主的应力条件下延缓裂纹的扩展具有重要意义;而在低周疲劳或以疲劳为主的应力条件下,裂纹扩展速率对强度敏感,而与材料是否存在持久缺口敏感性无关;提高强度可显著提高材料的抗低周疲劳裂纹扩展能力。为使材料在蠕变、疲劳以及蠕变疲劳交互作用下都只有高的抗裂纹扩展能力,应对材料进行强韧化。     

钢网架用大直径高强度螺栓双相热处理工艺研究

将双相热处理技术用于大直径高强度螺栓并进行试验,试验结果表明双相热处理工艺是可取的,从而为生产大直径高强度螺栓提供了重要的技术方向,尤其为达到200万次疲劳性能指标提供了组织可能性     

临界距离理论评定焊接接头疲劳寿命的研究

研究局部法应用于焊接接头疲劳评定的有效性和适应性.基于Taylor的临界距离理论,引入开裂部位的当量应力,它由有限元计算得到.针对钢质与铝质十字接头的疲劳数据进行分析,承载型十字接头的疲劳裂纹源于焊趾或焊根,由当量应力的大小所预测的开裂部位与实验结果相符.对疲劳裂纹源于焊趾部位的承载与非承载型十字接头,以焊趾部位的当量应力作为控制应力,此时疲劳数据的离散程度低,可望将焊趾开裂十字接头的疲劳强度以及S-N曲线统一表示.对疲劳裂纹产生于焊根的承载型十字接头,将焊根部位的当量应力作为控制应力,疲劳数据的分散度较大,与名义应力法相当,此时,局部法的有效性值得进一步考察.