振動條件下螺栓連接結(jié)構(gòu)松動機理及試驗研究.pdf

1、螺栓連接是最常用的結(jié)構(gòu)連接形式，在傳遞力與運動、保證密封結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)整體性能的發(fā)揮，但由于其應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)構(gòu)的失效，進而引發(fā)重大安全生產(chǎn)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(guān)理論及試驗研究，主要包括:
　　利用懸臂梁結(jié)構(gòu)在夾持邊界條件下自由振動的非線性動響應(yīng)理論解，并將結(jié)構(gòu)非線性響應(yīng)的二次諧波振幅與基頻振幅響應(yīng)的比例系數(shù)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(jié)構(gòu)的非線性動響應(yīng)進行求解;同時開展了不同夾持力下的懸臂結(jié)構(gòu)振動實驗，仿真

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

4、接結(jié)構(gòu)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(jīng)歷高低量級激勵后的位移響應(yīng)信號，求解松動判別特征量（比例系數(shù)r）并結(jié)合測得的應(yīng)變數(shù)值求得螺桿軸力（即夾緊力）的變化，綜合判定連接結(jié)構(gòu)的松動狀態(tài)。
　　為了適應(yīng)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(fù)合材料。保證服役階段連接性能可靠是促進復(fù)合材料廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵問題之一。針對三維編織C/C復(fù)合材