螺栓连接结构松脱特性分析与试验研究

摘要

螺栓连接结构作为常用的紧固手段，在各类机械结构中应用广泛，尤其是航空、航天领域，螺栓连接结构质量的好坏，对机械设备的整体性能至关重要。而松动是螺栓连接结构失效的主要形式之一，会导致连接件之间夹紧力的逐渐减小，甚至造成整个螺栓连接的失效，引发重大事故，因此研究螺纹连接结构松脱现象对工程实际具有十分重要的意义。本文围绕螺栓连接结构连接螺栓存在的松动问题，主要从螺栓连接结构载荷分析、松动有限元分析以及松动试验等几个方面入手来探究螺栓连接结构松动机理，开展了一系列研究工作。本文主要研究内容如下： （1）首先，对螺栓连接结构载荷分布及松动行为进行理论研究，通过对螺栓结构轴向力载荷分布和松动扭矩的理论计算，定性的探索影响螺栓松动的影响因素。 （2）其次，提出一种利用转角法施加预紧力的螺栓连接结构松动有限元仿真分析方法，对横向振动下的螺栓连接结构松动进行多阶段、全过程有限元仿真分析。发现在横向振动初期，预紧力的下降主要是由于材料塑性变形造成的；啮合螺纹之间没有明显的相对滑动，更多的是在螺栓弹性扭转变形作用下的共同回转；并指出表征螺栓弹性扭转变形回弹速度快慢的节点，用以区分材料松动期和结构松动期。 （3）再次，对影响螺栓松动的各种因素进行了对比仿真，分析了各因素的影响作用，最终得出大的起始预紧力、大的支撑面摩擦系数、小的螺纹处摩擦系数，小的螺栓杆部孔径间隙更有利于螺栓连接结构的防松。 （4）最后，设计和建立螺栓松动试验台，进行螺栓松动试验，通过对比试验结果和仿真结果，验证仿真方法的准确性，为以后螺栓松动试验及研究工作提供参考。

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