【摘 要】
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对于连接结构来说,螺栓连接的松动失效是最为普遍的失效方式之一。在工程实际中,螺栓松动失效相对于疲劳断裂往往发生时间更早,伴随着这个过程的是螺栓预紧力逐渐变小。在早期阶段,螺栓连接结构中螺栓和螺母出现细微滑动,对于整体结构体系工作性能的降低并不显著。然而,随着工作时间的增长,螺栓张紧力会进一步下降,由此而导致一系列问题,如密封性变差,甚至造成疲劳断裂。因此,对螺栓连接结构松动现象的内在原因进行分析,
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对于连接结构来说,螺栓连接的松动失效是最为普遍的失效方式之一。在工程实际中,螺栓松动失效相对于疲劳断裂往往发生时间更早,伴随着这个过程的是螺栓预紧力逐渐变小。在早期阶段,螺栓连接结构中螺栓和螺母出现细微滑动,对于整体结构体系工作性能的降低并不显著。然而,随着工作时间的增长,螺栓张紧力会进一步下降,由此而导致一系列问题,如密封性变差,甚至造成疲劳断裂。因此,对螺栓连接结构松动现象的内在原因进行分析,可为防止螺栓连接结构松动提供理论依据和技术支持。本文通过建立有限元模型,考察横向位移激励作用下螺栓连接结构的松动情况,并进行试验验证,分析温度对螺栓连接结构松动的影响规律。主要研究内容为:（1）综述螺栓连接的研究现状,介绍实际工程中螺栓连接防松动的方法及相应的原理;给出螺栓连接的力学理论基础,分析螺纹扭矩、螺纹牙变形以及螺纹牙轴向力分布的计算过程,研究螺纹承载力分布情况。（2）基于螺纹几何形状的数学函数表达式,建立三维螺栓连接结构的有限元模型,对横向简谐载荷作用下螺栓松动情况进行数值仿真,考察振动幅值、初始预紧力、摩擦系数、振动频率等因素对螺栓松动的影响。结果表明增大初始预紧力,对松动有较好抑制效果;摩擦系数越大或减少振幅,也有利于防止松动;而改变振动频率对预紧力下降无明显影响。（3）对螺栓连接结构进行试验研究,考察螺栓连接结构在循环横向位移条件下预紧力的衰减情况以及预紧力、振幅、拆卸次数等因素对连接结构松动的影响规律,对比试验结果与有限元计算结果,验证有限元计算结果的有效性。（4）研究温度变化引起轴向热膨胀对螺栓连接松动的影响,考察螺栓连接在温度变化下预紧力的变化规律;发现松动对在不同热膨胀系数下产生的影响较为敏感,初始预紧力较高时,随温度变化下降明显;且温度幅值越高,预紧力减少速度越快。建立由温度变化使得径向膨胀引起螺纹松动的数学模型,应用该数学模型,对螺栓连接接触面进行受力分析,计算随温度升高下降时的摩擦力矩,考察循环温度下预紧力的变化;考察摩擦系数、温度峰值、初始张紧力等因素对螺栓松动的影响。结果表明螺栓连接是否出现松动,主要在于螺纹面摩擦力矩与松退力矩关系;摩擦系数增加,温度越不容易引起松动;温度幅值越高,预紧力下降速度越快;提高初始预紧力,预紧力下降程度衰减。
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