螺紋聯接副受力分析

1、螺紋聯接副受力分析圖la）、b）、c ）示出了螺栓的三種線彈性受力狀態(tài)。Qp和入b是預緊力及時應的螺a）未受預緊力力Q pQpQpQpc）已受模擬試驗載荷Q圖a）未受預緊力力Q pQpQpQpc）已受模擬試驗載荷Q圖2螺栓與墊板受力與變形協調關系變形(1)(1)(2)(3)(4)栓變形伸長量，入m為Qp下的墊板壓縮量，F為MTS軸向試驗載荷。當施加F后，螺栓 的受力從原來的Q增至Q ,對應的變形增量為入，于是螺栓受拉時，原來被壓縮的墊板，p因螺栓伸長而被放松，其壓縮變形量也隨之減小到入m，此時墊板壓縮力由Qp減至Qp，Qp 為殘余預緊力。根據材料力學的變形協調條件，墊板壓縮變形的減小量入m -

2、入m應等于入， 因而在殘余預緊力Qp下墊板的壓縮總量入m頊m-入。顯然螺栓的受力Q=Qp+F。為直觀地表達上述分析，圖2以幾何方式示出了螺栓與墊板的受力和變形協調關系。螺 栓拉伸變形由坐標原點Ob向右量起，墊板壓縮變形由坐標原點Om向左量起。螺栓剛度 Cb = tgO b，墊板剛度Cm = tg0 m。由圖可見下面四個等式成立：Q / 入=CQP/入 m = CmQP = Qp + (F-A F)AF =CF Cm將（4）式代入（3）式可得螺栓的預緊力為:(5)由圖可知Q = QP + A F，再由（4）式可得螺栓總拉力為：Q七Fb mC上式中c b稱為螺栓的相對剛度。Cb+ Cm4討論* b

3、m適當選用較大的預緊力對螺栓 可以保證聯接副有足夠的殘余試驗結果表明 當Qp較大時，應力幅是影響預緊螺栓聯接副疲勞性能的主要因素之一，試驗結果表明，受軸向模擬載 荷的預緊螺栓聯接副，在最小應力不變的條件下，應力幅越小，則聯接副越不易發(fā)生疲勞破 壞。當聯接副所受的試驗載荷在0F之間變化時，則螺栓的總拉力將在QPQ之間變化。 由（6）式可知，在保持預緊力Qp不變的條件下，減小螺栓剛度C,或增大墊板剛度C均可 達到減小總拉力Q的變化范圍的目的。另外 聯接副疲勞性能是有利的。由（5）* bm適當選用較大的預緊力對螺栓 可以保證聯接副有足夠的殘余試驗結果表明 當Qp較大時，圖3、圖4及圖5分別示出了單獨

4、降低螺栓剛度Cb，單獨增大墊板剛度Cm及同時降低圖4增大被連接增大被圖4增大被連接增大被（接件酈崎 每愉，即e / e而）圖5同時采用三種措施 （0p2。？1，上2膈1，即，2庭1）Cb，增大Cm和增大Qp時，螺栓的載荷變化情況?？梢娺@些措施均可減小螺栓的應力幅，特 別是圖5措施下可使應力幅有較大的減小，從而可以提高預緊螺栓聯接副抗疲勞破壞的能力。 筆者的試驗研究結果也證實了上述結論。由以上螺栓聯接副的受力和變形協調關系分析可知:預緊螺栓聯接副承受軸向疲勞載荷 時，螺栓總拉力Q等于殘余預緊力Qp與試驗機模擬的軸向力F之和。即Q = Qp + F。為工 程中合理、安全使用預緊螺栓聯接副提供了條件。預緊螺栓聯接副服役過程，需要保證足夠 的殘余預緊力，一旦該預緊力為零，聯接件間將出現縫隙，此時Q = F，即螺栓拉力等于外 載荷，聯接副處于危險狀態(tài)。高應力區(qū)的試驗結果表明：當試驗機模擬的外載荷大于螺栓靜 強度的70%，殘余預緊力為零時，預緊螺栓聯接副在104周次數量級即失效破壞。可見，保 證足夠的殘余預緊力是預緊螺栓聯接副服役過程不發(fā)生失效破壞的必要條件。5結論（1）預緊螺栓在軸向疲勞過程中，承受的總拉力并不是預緊力和試驗機模擬的軸向力 之和，而是殘余預緊力與試驗機施加的軸向力之和。（2）增大墊板剛度，降低螺栓剛度，同時適當增加預緊力，