单螺栓节点初始预紧力松弛研究

摘要

随着现代工业的不断发展，装配过程对大型工程机械的服役性能产生了越来越重要的影响，大量的学者将眼光投入到装配工艺的相关研究中。螺栓连接作为一种常用装配手段被广泛应用于各类工程机械中，并对各类工程机械的工作性能有着重要的影响。现阶段制约螺栓连接这一技术持续发展的主要问题即为螺栓预紧精度，其中单螺栓节点预紧精度主要受初始预紧力松弛的影响，但针对初始预紧力松弛形成机理及其对螺栓节点工艺性能影响的研究尚未充分展开。单螺栓拧紧精度的控制，是整个工艺分析中的基础部分，是后续群组螺栓拧紧工艺设计以及防松脱性能分析的初始输入条件。相对于群组螺栓弹性相互作用的规律性，单螺栓预紧力的离散是整个螺栓拧紧过程的不确定性因素产生的主要方面，因此本文将针对影响单螺栓预紧精度的初始预紧力松弛展开研究，从而为螺栓节点预紧工艺设计提出有效改进措施。具体研究内容如下： 首先针对单螺栓节点预紧原理及受力情况，展开理论计算，确定单螺栓节点内部应力分布情况。通过对各类材料蠕变理论模型进行分析比较，选择本文采用的材料蠕变理论模型。 其次，设计并进行初始预紧力松弛实验。通过材料拉伸实验确定试验件相关力学性能参数；通过极限接触应力测量实验，验证测试系统的正确性；通过不同加载方式下的初始预紧力松弛测试实验，验证初始预紧力松弛的存在及其对单螺栓预紧精度的重要影响，并获得实验平均数据用于材料模型蠕变特性拟合。 再次，利用isight软件进行数据拟合，赋予材料蠕变特性；建立真实螺纹有限元模型，通过将计算结果与实验数据比对，验证仿真模型的有效性。 最后，通过有限元分析单螺栓节点中端面不平行度，螺栓孔，螺纹牙型角，螺纹中径，螺纹螺距等几何参数及初始拧紧载荷，重复加载次数等工艺参数对初始预紧力松弛的影响，分析初始预紧力松弛的成因，提出有效改善单螺栓预紧精度的措施。

目录

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 单螺栓初始预紧力松弛研究现状

1.3 拧紧工艺对单螺栓预紧精度的影响

1.4 高温蠕变与应力松弛理论关系研究现状

1.5 本文研究内容和技术路线

2 单螺栓初始预紧力松弛理论模型

2.1 螺栓节点预紧理论模型

2.2 单螺栓节点初始预紧力松驰理论模型

2.2 螺栓节点受力情况分析

2.2.1 单螺栓节点应力分布状态

2.2.2 螺栓及螺母的轴向变形

2.2.3 螺纹副的法向及轴向变形

2.3 蠕变理论模型

2.3.1 蠕变理论综述

2.3.2 蠕变理论模型介绍

2.4 本章小结

3 初始预紧力松弛有限元仿真模型建立

3.1 材料模型蠕变参数参数拟合

3.2 初始预紧力松弛有限元模型模型建立

3.3 有限元模型的校核

3.4 本章小结

4 不同因素对初始预紧力松弛的影响分析

4.1 端面不平行度影响

4.2 被连接件螺栓孔影响

4.2.1 环径比

4.2.2 孔径

4.3 螺纹牙型角的影响

4.4 螺纹中径的影响

4.5 螺纹螺距的影响

4.6 重复拧紧的影响

4.7 初始预紧力的影响

4.8 本章小结

5.1 材料拉伸实验

5.1.1 试件选择

5.1.2 实验结果

5.2 极限接触应力测试实验

5.2.1 实验原理

5.2.2 实验步骤

5.2.3 实验结果

5.3 初始预紧力松弛测量实验

5.3.1 轴向加载实验原理

5.3.2 轴向拉伸加载轴向拉伸实验方案

5.3.3 轴向压缩加载

5.3.4 旋转拧紧加载拧紧加载实验方案

5.4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢