螺栓节点中的应力松弛效应研究及其影响因素分析

作     者：孙亚东 

作者单位：大连理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张伟;王欣

授予年度：2020年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：螺栓节点 应力松弛效应 仿真分析 参数化分析 残余扭矩 弹性相互作用 

摘      要：随着现代化信息技术的不断发展,制造业产品精度不断提高,对装配领域的要求也不断提高,然而陈旧的装配方式已不能满足更高的精度要求,旧的装配理论在一些技术领域出现空缺或不适的现象,同时现有装配文件多数长久未更新,这些问题都严重阻碍了装配精度的提高。在形形色色的装配方式中,螺栓装配以其强大的优势得到广泛应用,然而螺栓节点预紧力控制依旧不够稳定,预紧力服役过程中过大或过小的问题时有发生,螺栓装配理论急需更深层次的研究和探索。目前在螺栓装配方面已经有一些研究,多数表现在螺纹防松、装配工艺优化以及螺栓组弹性相互作用方面,更多的是在装配过程的研究,设计师在螺栓连接选择的时候,考虑的往往是如何避免螺栓松脱,如何避免螺栓断裂失效等,却不考虑在螺栓装配完成后发生的一系列问题,将时间因数加入螺栓节点的研究缺乏更多的理论,而应力松弛效应就是其中一个研究方向。首先,本文提出了螺栓节点的应力松弛效应成型机理,将应力松弛划分为两个阶段,通过理论模型解释应力松弛是如何一步步发生的,提出对应力松弛效应的新看法,将应力松弛和螺栓节点问题相结合,提出应力松弛效应的数学计算公式,通过数学公式进一步解释应力松弛的影响因素。然后建立单螺栓节点的仿真分析模型,通过仿真模型分析材料性能、被连接件几何参数、螺纹副参数对应力松弛的影响,绘制预紧力松弛曲线、应力松弛曲线、应力云图等来分析单螺栓节点中应力松弛效应的理论,提出了螺栓拧紧中的残余扭矩,证明残余扭矩的存在以及应力松弛对残余扭矩的影响。在单螺栓仿真分析模型的基础上进行多螺栓仿真分析,建立多螺栓法兰盘弹性相互作用模型,分析对角拧紧和顺序拧紧的差异,以及在应力松弛效应作用下的变化。最后进行实验验证,验证应力松弛模型的可行性以及验证残余扭矩。本文以螺栓节点仿真分析为主,采用参数化分析和控制变量法分析,研究不同因素对螺栓节点应力松弛效应的影响,通过对螺栓节点应力松弛效应的探索,为螺栓节点设计提供新的考虑方向。