疲勞載荷下螺栓剛度及強度退化規(guī)律研究.pdf

1、巖石掘進機主要用于截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道，其工作環(huán)境十分惡劣，承受工作載荷主要為沖擊載荷，同時還要承受由于巖石飛濺或崩裂等引起的振動或隨機載荷。轉(zhuǎn)臺螺栓用于連接巖石掘進機的轉(zhuǎn)動平臺，長期承受較大的沖擊載荷，致使螺栓內(nèi)部的損傷不斷累積，螺栓的剛度和強度發(fā)生退化。螺栓的剛度退化會導(dǎo)致動載荷增大，強度退化使得其抵抗外載荷能力降低。直到螺栓的強度小于所承受的最大應(yīng)力時，螺栓發(fā)生疲勞斷裂，掘進臂脫落，易造成人員傷亡的重大惡性事

2、故。因此研究螺栓的沖擊疲勞剛度和強度退化規(guī)律具有重要意義。
　　本文通過理論分析與試驗研究相結(jié)合的方法，對材料疲勞載荷下螺栓剩余強度和剩余剛度的退化規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)對調(diào)質(zhì)45鋼進行疲勞強度退化試驗，分別進行了兩種不同應(yīng)力水平下的拉—壓疲勞試驗，得到這兩種應(yīng)力水平下材料的疲勞壽命;測量不同循環(huán)次數(shù)比下材料的剩余強度和剩余剛度，了解疲勞載荷下材料強度和剛度退化的規(guī)律;
　　(2)建立疲勞

3、載荷下材料強度退化的冪退化模型，試驗表明，該模型可以很好地擬合45鋼的強度退化過程;將模型用于計算螺栓常用材料35CrMo鋼的剩余強度，所得誤差較小，可知該模型有較好的適用性，且可用于評估螺栓的強度退化過程;將本文提出模型與其他學(xué)者提出的強度退化模型進行比較，可知冪退化模型擬合效果較好;基于不同載荷對材料造成的疲勞損傷可以互相轉(zhuǎn)化的假設(shè)下，建立隨機載荷下材料的剩余強度退化模型;
　　(3)建立疲勞載荷下材料的剛度退化模型，并在同一

4、時刻的剩余強度和剩余剛度取決于材料內(nèi)部同一損傷狀態(tài)的假設(shè)的前提下，建立材料剩余強度和剩余剛度的關(guān)聯(lián)模型，并通過試驗數(shù)據(jù)對建立模型進行了驗證;
　　(4)將本文建立強度退化模型用于評估巖石掘進機轉(zhuǎn)臺螺栓在隨機載荷下的強度退化過程，可知在多級疲勞載荷作用后，螺栓強度發(fā)生退化，其剩余疲勞壽命僅為0.2N，極易發(fā)生疲勞斷裂;用ANSYS計算不同剛度下螺栓的受力情況，比較不同剛度下螺栓的受力大小以及變形情況，可知隨著剛度的退化，螺栓變形增大