振動條件下螺栓連接結構松動機理及試驗研究.pdf

1、螺栓連接是最常用的結構連接形式，在傳遞力與運動、保證密封結構密封性等方面具有不可替代的作用。連接件的力學性能制約著連接結構整體性能的發(fā)揮，但由于其應用場合、服役條件、安裝情況及后期維護等不定因素，連接失效難以完全避免，而一旦連接結構發(fā)生失效，尤其是重要連接部位的失效，會造成非常嚴重的后果。松動失效作為主要失效形式之一，在松動初期可能并不會影響機械設備的正常運行，但是隨著松動的進一步加劇，可能會造成整個結構的失效，進而引發(fā)重大安全生產事故

2、。為了降低由于螺栓松動帶來的不良后果，研究螺栓連接的松動機理具有重要的理論及工程實用價值。本文圍繞螺栓連接松動機理展開研究，開展了相關理論及試驗研究，主要包括:
　　利用懸臂梁結構在夾持邊界條件下自由振動的非線性動響應理論解，并將結構非線性響應的二次諧波振幅與基頻振幅響應的比例系數r作為連接松動判別的特征量;建立了考慮接觸的有限元模型，使用非線性求解器對夾持結構的非線性動響應進行求解;同時開展了不同夾持力下的懸臂結構振動實驗，仿真

3、和實驗研究結果均表明隨著夾持力的增加，結構非線性動響應信號的二次諧波振幅呈下降趨勢，振幅比值r呈冪指數下降。研究結果表明，二次諧波振幅與基頻振幅的比值r可以作為表征結構松動狀態(tài)的判據。
　　針對連接部位應力不均勻分布的金屬螺栓連接結構，建立了考慮預緊力和接觸的螺栓連接結構三維實體有限元模型，計算了不同螺栓預緊力下螺栓部位的應力分布情況及連接結構懸臂端的動響應，證明結構松動特征量r會隨著螺栓預緊力的增大而變小。同時，開展了金屬螺栓連

4、接結構在振動臺不同激勵條件下的松動試驗，使用采集到的不同擰緊力矩下螺栓連接試驗件在經歷高低量級激勵后的位移響應信號，求解松動判別特征量（比例系數r）并結合測得的應變數值求得螺桿軸力（即夾緊力）的變化，綜合判定連接結構的松動狀態(tài)。
　　為了適應高溫、高壓及強振的嚴苛工作環(huán)境，特殊連接部位使用傳統(tǒng)材料很難滿足工程要求，必須使用高溫性能更優(yōu)的復合材料。保證服役階段連接性能可靠是促進復合材料廣泛應用的關鍵問題之一。針對三維編織C/C復合材