螺栓联接力分析与装配的新方法及应用

通过对螺栓联接力深入分析,进而提出改善工艺结构,加工和装配方法来提高螺栓强度,探讨联接受力分析和装配方法的新理论,及如何用于联接的设计与制造,以期提高螺栓联接的性能和减轻重量、降低成本.     

螺栓联接的有限元建模方法研究

对螺栓联接的有限元建模方法进行研究和评估.以螺栓-法兰联接为例,基于有限元分析软件ANSYS,建立了3种螺栓联接的有限元模型,即实体螺栓联接模型、梁单元联接模型和刚性单元联接模型.模态试验和应力分析表明,实体螺栓联接模型和梁单元联接模型具有广泛的适用性,可准确分析螺栓联接结构的静态特性和动态特性.相比实体螺栓联接模型,梁单元联接模型在保留了关键细节的同时提高了建模和计算效率.刚性单元联接模型不能模拟螺栓预紧和接触,只适用于模态分析.试验和仿真均表明,螺栓预紧力的大小对结构模态影响很小.仿真表明,螺栓联接表现出复杂的非线性特性,如应力的非线性变化、法兰之间接触状态的变化、螺栓总拉力的非线性变化等.      

螺纹联接轴向预紧力试验分析

螺纹联接的轴向预紧力是影响产品质量的重要因素之一,轴向预紧力及相对误差与装配扭矩有关并受联接件的几何参数和摩擦系数影响,装配扭矩不宜简单推算,应结合具体联接条件试验确定.     

重卡螺栓连接扭矩-预紧力关系影响因素分析

为了提高重卡装配载荷的一致性水平,开发了一种高精度螺栓装配连接试验台,可模拟不同材料及规格的螺栓装配过程,实现扭矩法、扭矩转角法和屈服点控制等拧紧策略,并实时检测螺栓扭矩和预紧力的变化。试验设计方法规划了6因素2水平螺栓拧紧试验方案,系统研究了6个因素(被连接件材料、螺栓等级、垫片等级、润滑状态、表面形貌及拧紧速度)对扭矩-预紧力关系(扭矩系数)的影响规律,并通过统计学理论分析了各因素的显著性和部分因子的交互作用。试验结果显示:表面粗糙度和被连接件材料为扭矩系数的显著影响因子,被连接件材料与螺栓等级、被连接件材料与润滑情况的交互作用对扭矩系数也有较大影响,扭矩系数随着重复拧紧次数的增加急剧减小,当拧紧次数超过4次时,扭矩系数趋于稳定。该研究优化了螺栓装配工艺,从而给出提高重型卡车装配预紧力一致性的合理建议。     

螺栓结合部静态迟滞行为分析及刚度和阻尼辨识

获得螺栓结合部的静态迟滞行为并开展刚度、阻尼辨识,对于螺栓结合部设计以及装配工艺制定十分重要.利用三维有限元模型预测螺栓结合部迟滞特性,并给出了螺栓联接接触参数的设置方法.针对获得的迟滞曲线,采用最小二乘多项式拟合推导确定了结合部刚度及阻尼参数的辨识公式.以一个简单的螺栓搭接梁为对象进行了实例研究,试验证明了该搭接梁有限元模型及获得的迟滞曲线的合理性,利用获得的迟滞曲线辨识了该螺栓结合部的时变刚度、平均刚度和损耗因子等参数.研究表明:随着预紧力的增加,螺栓结合部的刚度增加而损耗因子(阻尼参数)减小.     

受轴向载荷紧螺栓联接的预紧力计算

在柴油机、压力机及化工压力容器等重要螺栓联接中,由于联接中各零件是相互约束的弹性体。当外载荷作用时,螺栓和被联接件的变形就发生了变化。为了保证联接间不产生缝隙,并具有足够的紧密性及联接刚性,在装配时应将螺栓事先预紧,其预紧力 F′及残余预紧力 F″大小的确定十分重要,它不仅涉及螺栓联接的可靠性,而且还影响到螺栓联接的结构尺寸。然而,现行的计算方法比较繁琐,应用不便。本文试图从力——变形——刚度三者相互关系中,引入预紧系数 K_f,寻求简便的计算公式,或者图表,便于设计计算使用。     

被联接件形式对结构模态及传递特性影响的研究

被联接件形式和螺栓预紧力对螺栓联接结构的模态和传递函数有较大的影响,但在实际的工程装配和有限元模拟时,由于处理复杂而经常被忽略。首先通过ANSYS Workbench软件,对不同被联接件形式下的螺栓联接结构进行模态分析和传递特性分析,然后对阶梯型螺栓联接结构施加三组不同预紧力,最后将有限元计算值和实验值进行比较。计算结果表明,由于在模态计算时忽略了阻尼的影响,使得计算值和实验值有误差,误差在工程允许的范围内;被联接件形式为阶梯型时结构的固有频率较高;被联接件形式和螺栓预紧力对结构传递特性影响较明显。     

螺栓联接静动态特性的研究

本文通过对不同垫片材料下单个螺栓及螺栓组联接的受力测试，为工程设计提供了必需的螺栓相对刚度的实用数据，进一步验证和分析了在翻转力矩作用下螺栓联接的理论，并对影响螺栓疲劳强度的因素进行了探讨。     

城轨车辆车钩螺栓连接仿真及强度分析

采用整体建模的方法,建立城轨车辆车钩螺栓连接有限元非线性接触模型进行强度分析,仿真分析结果表明,螺栓螺纹部分最大应力与理论计算结果吻合,有限元仿真模型能真实模拟螺栓连接;提取极限载荷下螺栓的轴向拉力,运用VDI 2230—2003标准对螺栓的拉伸强度进行分析,并和传统机械设计方法的螺栓强度分析结果进行比较,两种方法的螺栓拉伸强度均满足要求,为车钩螺栓连接设计提供了理论依据.     

驱动桥差速器壳联接螺栓失效分析和改进

以某产品联接螺栓失效的分析为例,对螺栓的受力和疲劳强度进行分析,找到了失效的原因并进行改进.提出在受交变载荷的联接螺栓设计时,应根据其应力幅进行疲劳寿命的校核.     

防止螺栓联接失效的计算方法

微动磨损会引起螺栓联接失效。文章分析了微动磨损下螺栓联接失效的原因。基于螺栓轴向弹性变形及接触面上的粗糙峰被碾平等因素，提出了防止螺栓联接失效的计算方法和公式。     

五转向架城轨磁浮车辆动力学问题的研究

在分析城轨磁浮车辆运动规律的基础上，利用Catia及ADAMS软件，通过合理简化，建立了五转向架城轨磁浮车辆的动力学虚拟样机模型.基于上述模型，进行了两种工况的数值仿真，仿真结果与理论结果吻合较好，验证了模型的正确性.讨论分析了空气弹簧刚度与阻尼对车辆平顺性的影响.本文为五转向架城轨磁浮车辆的进一步研究奠定了基础.     

含螺栓联接的转子系统轴向刚度不确定性分析

转子系统中螺栓联接结构轴向联接刚度的不确定性对转子系统动力学特性具有重要影响,为此,在构建螺栓联接结构有限单元基础上,建立了转子系统整体有限元模型,采用非嵌入多项式混沌展开法分析轴向联接刚度不确定性对转子系统动力学特性的影响.结果表明:轴向联接刚度在一定范围内变化会导致临界转速及临界转速对应的稳态响应幅值偏离预期,随着轴向刚度不确定性的标准差增大,盘竖直方向稳态响应均值降低.研究结果可为螺栓联接转子的设计提供理论参考.     

基于虚拟材料的螺栓联接复合板固有特性建模

为了提高含螺栓复合材料结构的动力学分析效率,基于虚拟材料模型建立了相应的解析模型,并求解结构的固有特性.对螺栓联接复合材料板结构进行能量分析,采用拉格朗日方程创建了螺栓联接板的动力学分析模型,求解了该结构的固有频率和模态振型.利用基于分解的多目标进化算法(MOEA/D)确定模型中虚拟材料的参数,以达到模型修正的目的.以螺栓联接TC500碳纤维/树脂板为对象进行了实例研究,结果表明:应用该虚拟材料模型可再现螺栓联接复合板结构的振动特性;在经过模型修正后,仿真计算获得的前6阶固有频率与实测值的最大偏差为2.83%,证明了所提建模方法的合理性.     

装拆螺纹联接的一些经验做法

螺纹联接是一种可拆卸的固定联接，广泛应用在各种机械设备上。在实际装拆螺纹联接的过程中，由于方法不得当．很容易造成设备联接不牢靠、螺栓被伸长甚至被拉断或拆卸不下来等。文章针对螺纹联接在装配和拆卸过程中出现的常见问题介绍了一些很实用的解决方法和枝巧。     

矩形筒螺栓联结损伤的振动特性研究

螺栓联接容易出现由于预紧力不足、螺栓腐蚀、长期交变载荷作用以及螺栓本身性能退化等方面导致的螺栓松动或损坏,从而影响整体结构的力学性能。工程中急需更有效的方法来发现因螺栓联接损伤而引起的结构力学性能的变化。运用有限元分析软件从螺栓预紧力、外载荷以及螺栓联结数量三个方面对工程实际结构的矩形筒进行分析,最后分别总结出以上三种因素对矩形筒振动特性的影响规律,对工程实际提供一定的参考。     

联接螺栓静强度的模糊可靠性设计研究

应用信息熵理论,将联接螺栓的模糊静强度和模糊载荷分别等效为随机静强度和随机载荷,按联接螺栓安全等级确定其静强度的可靠指标,建立按可靠指标进行联接螺栓静强度设计的方法,得到联接螺栓静强度的可靠性安全系数。研究表明:1)对于安全等级为一般、比较重要和重要的联接螺栓,其屈服强度的可靠指标分别为0.815,1.920和3.819,抗拉强度的可靠指标分别为3.740,4.729和6.828;2)基于满足联接螺栓静强度的可靠指标,对于安全等级为一般、比较重要和重要的联接螺栓,在静载荷时,螺栓屈服强度的最小可靠性安全系数分别为1.10,1.25和1.45,抗拉强度的最小可靠性安全系数分别为1.35,1.50和1.75;在变载荷时,螺栓屈服强度的最小可靠性安全系数分别为1.15,1.35和1.60,抗拉强度的最小可靠性安全系数分别为1.60,1.80和2.20。     

城轨车辆门密封胶条维护周期优化

为了提高城轨车辆门密封胶条维护的安全性和经济性,本文通过收集城轨车辆门运营和维保的故障数据,获取城轨车辆门密封胶条故障里程,以进行密封胶条的可靠性分析,进而优化维护周期.首先用Matlab中的dfittool函数对30种分布进行分布拟合,以对数似然估计值和方差作为拟合评价指标,初步优选出合适拟合的分布;然后用线性回归方式计算参数,通过用相关系数检验拟合优度,最终筛选出最优分布.依据密封胶条故障里程最优分布,可计算最佳维护周期.结果表明威布尔分布是拟合城轨车辆门密封胶条故障里程的最佳分布,密封胶条最佳维护周期为300 000 km,即每两年维护一次.     

基于实测的车轮虚拟试验台搭建及参数修正

为了提高某A级车平台轮毂的性能,车轮的设计过程中要通过台架试验来确保产品符合结构耐久性的要求.尝试通过搭建虚拟试验台来快速预测台架上车轮应力状态,以台架试验贴片应变仿真为研究内容,将实际台架试验与数值实验分析相结合,考虑多种因素对仿真结果的影响,如螺栓紧固力大小、球面螺栓和轮辐接触面的相互作用、焊缝的模拟、轮辋和轮辐之间的装配过盈量、加载轴刚度、冲压工艺等参数,进行不同方案的对比分析.扫描轮辋和轮辐的三维尺寸,测量冲压工艺使轮辐产生的厚度变化,修正有限元模型的参数使仿真应变输出与实测应变输出更相近,从而更准确地模拟台架试验,初步搭建了车轮的虚拟试验台.     

基于频率跟踪法的螺栓联接状态监测研究

针对工程实际中出现的螺栓联接松动问题进行了研究,提出了一种基于压电主动式传感的结构频率跟踪的螺栓联接监测方法。根据赫兹接触理论并结合有限元仿真分析,得出了螺栓联接接触界面法向接触刚度与螺栓预紧力之间的单调函数关系,而螺栓联接结构的频率与法向接触刚度相关,进而建立了基于频率跟踪法的螺栓联接状态监测方法。建立实验装置,在螺栓联接件的非接触面的两侧分别粘贴压电材料,作为驱动器和传感器,分别激发脉冲超声波信号和接收通过螺栓联接界面的超声波响应信号,分析了响应信号的功率谱得到螺栓联接结构的频谱。实验结果表明:螺栓联接结合面的法向接触刚度与预紧力近似成对数函数关系,螺栓联接结构的某阶频率与螺栓预紧力近似成对数函数关系,从而可以通过分析螺栓联接结构的某阶频率变化得到螺栓预紧力状态。仿真结果与实验结果相一致,为螺栓联接松动问题提供了一种监测方法。