高强度螺栓扭矩系数研究

高强度螺栓连接广泛应用于钢结构重要部位,螺栓预紧力又是度量连接质量的重要参数;而由于螺栓和被连接件的变形,预紧力很难精确控制;为达到预期的预紧力应施加多大的拧紧力矩成为工程应用中的焦点。在扭矩系数中引入轴力相关系数来考虑扭矩与预紧力的关系,得到了修正的扭矩系数;并通过实验和有限元仿真数据对比,验证了理论推导的正确性,为以后的设计与研究提供了指导。     

某款车型橡胶衬套与副车架连接失效原因分析

螺纹连接时为了达到可靠的紧固目的，必须保证螺纹副具有一定的摩擦力矩，此摩擦力矩是由连接时施加拧紧力矩后，螺纹副产生了预紧力而获得的。一般要求此力矩不能衰减。一种使用啮合防松形式的螺栓存在力矩衰减，本文对衰减的具体原因进行了分析。     

螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响

为了研究螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响,建立了带螺纹的三维螺栓连接有限元模型,使用Newmark算法进行了螺栓连接横向振动瞬态求解,分析了不同螺距和孔隙对螺栓连接横向振动自松弛的影响。研究结果表明:在横向循环载荷作用下,粗牙螺纹的螺栓连接相比细牙螺纹的预紧力下降速度要慢、螺纹啮合面和承压面的滑移要剧烈,因此细牙螺纹较粗牙螺纹不容易发生自松弛;孔隙越大螺栓连接预紧力下降速度越快、螺纹啮合面和承压面的滑移越剧烈,因此，孔隙越大越容易发生自松弛。     

螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响

为了研究螺距和孔隙对螺栓连接自松弛的影响,建立了带螺纹的三维螺栓连接有限元模型,使用Newmark算法进行了螺栓连接横向振动瞬态求解,分析了不同螺距和孔隙对螺栓连接横向振动自松弛的影响。研究结果表明:在横向循环载荷作用下,粗牙螺纹的螺栓连接相比细牙螺纹的预紧力下降速度要慢、螺纹啮合面和承压面的滑移要剧烈,因此细牙螺纹较粗牙螺纹不容易发生自松弛;孔隙越大螺栓连接预紧力下降速度越快、螺纹啮合面和承压面的滑移越剧烈,因此,孔隙越大越容易发生自松弛。     

拧紧工艺的螺栓连接结构预紧力变化规律

针对航空发动机装配过程中螺栓预紧力一致性差的问题，建立螺栓连接转子有限元模型，获得螺栓在顺序拧紧和星形拧紧时预紧力的衰减规律和分布特点.进行螺栓预紧力实验研究，分析了拧紧顺序及拧紧速度对螺栓预紧力的影响，并揭示了预紧力随时间的衰减机理.结果表明：拧紧相邻螺栓会使预紧力大幅衰减；提高拧紧速度会使螺栓获得较大预紧力，使得连接结构更加稳定；螺栓拧紧后预紧力会在短时间内大幅衰减，衰减规律与扭矩幅值息息相关.因此，在发动机装配中，严格控制螺栓拧紧工艺的同时，预紧力短时间内的衰减不可忽视.     

面向结合面密封性能要求的装配连接工艺设计

为在产品设计阶段规划出满足密封性能要求的装配连接工艺,提出了一种面向结合面密封性能要求的装配连接工艺数字化设计方法.采用接触非线性有限元技术和弹性相互作用理论建立了螺栓组连接有限元模型,研究了螺栓预紧顺序、预紧力水平与结合面连接性能间的关系,构建了各螺栓预紧力大小与结合面压力间的关联模型,进而利用该关联模型,根据工况载荷下设备对密封性能的要求反求装配连接工艺.以发动机缸体缸盖装配连接为例,建立了发动机曲柄连杆机构动力学模型,分析了其工况载荷,并在缸体、缸盖和缸垫有限元模型的基础上,确定出工况载荷下发动机密封性能对结合面压力分布的要求,最后利用螺栓组连接与结合面压力间的关联模型反求出各螺栓预紧力的大小,通过与该型发动机已有装配连接工艺对比,验证了该设计方法的可行性.     

螺栓支承面有效半径的影响因素

为得到螺栓拧紧扭矩与预紧力之间的精确关系,对影响螺栓支承面(螺栓头和螺母)有效半径的计算方法、预紧力、被连接件弹性模量、板厚、孔隙、螺距等因素进行了研究.采用ANSYS参数化设计语言,构建了具有螺纹特征的螺栓连接件参数化有限元模型,通过Ⅰ-Scan压力薄膜传感器测量被连接板结合面的压力分布,并与有限元模型的计算结果进行比较,间接地验证了参数化模型的可靠性.通过获取螺栓连接件支承面的压力分布方式,结合螺栓支承面有效半径的计算方法对螺栓支承面的有效半径进行了计算.计算结果表明,螺栓支承面的有效半径随着预紧力、孔隙的增加而增加,随着板厚、被连接板弹性模量的增加而减小,有效半径与预紧力、弹性模量之间成非线性关系,与孔隙之间成线性关系且斜率为0.53～0.56.     

内燃机微动疲劳损伤的试验与仿真研究

本文针对内燃机机体隔板与主轴承盖螺栓紧固连接处的微动疲劳问题展开研究工作。通过对主轴承盖所受载荷模式的分析,设计了内燃机微动疲劳实验系统及相关实验方法,进行了内燃机典型紧固结构微动疲劳等效模型实验。结合对螺栓连接紧固面接触应力场分布的有限元分析结果,研究了主轴承盖与机体隔板紧固面微动疲劳失效机理。研究表明,螺栓预紧力和主轴承盖所承受的附加扭转力矩是影响机体隔板与主轴承盖紧固连接微动疲劳的主要因素,附加翻转力矩的波动使接触区的接触状态不断变化,导致接触区表面的损伤;通过增加螺栓预紧力有助于减缓机体隔板与主轴承盖紧固连接的微动疲劳损伤。     

一种液压扭矩倍增器的设计

本文设计一种以电动液压泵作为动力的扭矩倍增器,介绍了扭矩倍增器的原理、内部结构以及选用液压泵的技术要求。该设计不但可以精确控制螺纹的预紧力,大大提高螺纹联结的质量,而且可以根据不同的螺栓大小设置与之相适应的预紧力,具有广泛的适用性。     

内燃机微动疲劳损伤的试验与仿真

针对内燃机机体隔板与主轴承盖螺栓紧固连接处的微动疲劳问题展开研究工作。通过对主轴承盖所受载荷模式的分析,设计了内燃机微动疲劳实验系统及相关实验方法,进行了内燃机典型紧固结构微动疲劳等效模型实验。结合对螺栓连接紧固面接触应力场分布的有限元分析结果,研究了主轴承盖与机体隔板紧固面微动疲劳失效机理。研究表明,螺栓预紧力和主轴承盖所承受的附加扭转力矩是影响机体隔板与主轴承盖紧固连接微动疲劳的主要因素,附加翻转力矩的波动使接触区的接触状态不断变化,导致接触区表面的损伤;通过增加螺栓预紧力有助于减缓机体隔板与主轴承盖紧固连接的微动疲劳损伤。     

复合材料与高温合金螺栓连接的热适配技术

为了改善高温环境下螺栓连接力学性能,避免热膨胀不匹配所导致的预紧力松弛,研究了高温合金螺栓连接的热适配技术.首先,推导了热适配螺栓的外形参数,指出高温合金热适配螺栓与复合材料的接触面应满足旋转对称的指数轮廓.然后,考虑到螺栓拧紧力矩试验通常在常温下进行,通过比较常、高温条件下的强度性能,推导出高温条件下螺栓预紧力矩的合理取值.最后,开展了普通螺栓与高温合金热适配螺栓典型连接单元的静力试验和振动试验.试验结果表明,热适配连接单元在高温下未发生预紧力矩松弛,而普通螺栓预紧力矩则明显下降,从而验证了所提热适配技术的有效性.     

考虑螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳固有特性分析

以含螺栓连接的吊挂式薄壁柱壳为研究对象,采用商用有限元分析软件ANSYS建立了系统的全实体/梁-壳混合有限元模型.基于所建立的模型,分析讨论了自由/约束边界,法兰/吊挂处预紧力对系统固有特性的影响,并通过试验进行了对比验证.研究结果表明:本文所建立的有限元模型能较好地模拟螺栓连接处界面接触压力及其分布情况,且在保证一定精度的前提下,梁-壳混合模型较全实体模型的计算效率高;吊挂约束的存在对系统的固有频率和振型影响较大;法兰处螺栓预紧力对系统第5~8阶固有频率影响较大,而吊挂处螺栓预紧力对系统前3阶固有频率影响较大.     

动车组裙板螺栓预紧力衰减研究

为防止动车组裙板螺栓预紧力衰减而影响行车安全,本文采用有限元分析方法,研究蠕变条件下螺栓预紧力衰减规律;采用横向振动试验方法,研究螺栓连接件在振动条件下的预紧力衰减规律;采用实车跟踪实验方法,监测运营条件下动车组裙板螺栓预紧力衰减情况.通过仿真分析与试验研究,明确了裙板螺栓连接预紧力的影响因素与衰减规律,提出了合理的控制措施,对指导螺栓防松、保证动车组行车安全具有重要意义.     

利用ANSYS模拟螺栓预紧力的研究

在螺栓联接的有限元分析中准确模拟螺栓的预紧力是一项复杂而困难的工作。论述了利用有限元技术在ANSYS中模拟螺栓预紧力的预紧力单元法、降温法和渗透接触法等方法。通过对比发现预紧力单元法能较好的模拟实际预紧力，从而为有限元分析中施加预紧力栽荷提供了可靠的理论和应用依据。     

螺栓预紧力对输电杆塔强度的影响

针对实际线路段,利用ABAQUS软件建立塔线耦合体系有限元模型,数值模拟该塔线体系在典型荷载作用下的应力和变形.根据现场倒塔情况,建立杆塔破坏局部区域三维实体模型,并与其它部分杆梁模型连接得到杆塔整体有限元模型.三维局部区域模型考虑了螺栓和连接板之间的连接细节、螺栓预紧力、螺杆和螺孔之间的间隙等.进而数值模拟研究螺栓预紧力大小对螺栓的滑移和杆塔构件应力的影响.结果表明,过小的预紧力会导致螺栓产生明显滑移,增大螺栓和杆塔构件的应力,因而螺栓预紧力不足可能是导致杆塔破坏的主要原因之一.     

六角端面六角头螺栓扭矩系数理论计算

螺栓紧固件在工程中得到广泛应用,其扭矩系数反映了在拧紧过程中预紧力与扭矩之间的关系.目前螺栓扭矩系数的研究大多集中于圆环端面螺栓,对于其他端面类型螺栓的研究相对较少.通过受力分析,建立了六角端面六角头螺栓的力学模型.利用圆环端面扭矩的计算公式,推导出六角端面六角头螺栓预紧力与扭矩的关系,并给出扭矩系数的精确计算公式.然后采用拧紧试验机对不同尺寸螺栓的扭矩系数进行实验测量,将理论结果与实测结果相比较,结果表明,理论结果与实验结果相吻合.     

打磨机器人的打磨头螺栓组系统可靠性分析

在使用螺栓组连接的整体结构中,螺栓组的可靠性直接影响整体结构的可靠性.传统的螺栓组可靠性分析方法认为螺栓参数是确定的,而在实际工况中螺栓参数具有一定的随机不确定性,从而产生较大误差.为准确评估螺栓组的可靠性,以某打磨机器人的打磨头螺栓组为例,建立打磨头有限元分析模型并进行静力学分析,通过螺栓连接实验验证螺栓连接有限元模型的准确性;将螺栓组视为系统,考虑螺栓参数随机性的影响,以螺栓最大应力值是否超过屈服极限为判别条件建立极限状态函数,结合Kriging模型拟合方法进行可靠性分析,探究系统可靠度随螺栓预紧力的变化规律.结果表明,螺栓组系统可靠度受到随机因素的影响,由多个螺栓共同决定,并随螺栓预紧力增大而减小.     

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。     

螺栓联接精度对压机预紧力影响

利用有限元接触分析方法对液压机拉杆螺栓精度和剩余预紧力的关系进行了计算。通过分析计算可知,紧固螺栓的精度不同会导致立柱剩余预紧力的变化。通过有限元计算,导出了螺栓精度和剩余预紧力的近似对应关系。     

横向载荷下止动盘螺栓松动有限元分析与改进

针对横向载荷下止动盘螺栓松动失效，借助ABAQUS分析软件，对螺栓初始预紧力、摩擦系数、载荷幅值、载荷频率等进行分析，表明初始预紧力、载荷幅值、摩擦系数是连接松动的重要影响因素。结合止动盘螺栓实际使用状态，提出止动盘螺栓按材料限制最高拧紧力矩施加初始预紧力、定期检查并补充拧紧、安装弹簧垫圈等修理方式可有效防止松动失效。