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复合材料学报 2022年第2期39卷 812-822页

作者：蔡跃波安鲁陵王楚凡岳烜德杨浩然南京航空航天大学江苏省精密与微细制造技术重点实验室南京210016

针对复合材料结构螺栓连接,拧紧工况的不同会改变端面和螺纹间的摩擦系数,从而影响到扭矩系数,使夹紧力随拧紧力矩变化的趋势十分复杂。首先对螺栓连接过程进行理论分析,得到了夹紧力和复合应力状态下螺栓屈服夹紧力的表达式。然后以某... 详细信息

针对复合材料结构螺栓连接,拧紧工况的不同会改变端面和螺纹间的摩擦系数,从而影响到扭矩系数,使夹紧力随拧紧力矩变化的趋势十分复杂。首先对螺栓连接过程进行理论分析,得到了夹紧力和复合应力状态下螺栓屈服夹紧力的表达式。然后以某型号螺栓为对象进行试验研究,在规定的目标预紧力下,分别测得了不同润滑条件、垫圈条件和拧紧速度下的拧紧曲线。试验结果表明,在螺栓整个拧紧过程中,不同的润滑条件、垫圈条件和拧紧速度对夹紧力和拧紧力矩曲线的离散度、达到相同大小夹紧力时需要的拧紧力矩、夹紧力随拧紧力矩的变化趋势都有一定程度的影响。通过上述工况下螺栓拧紧中的夹紧力研究,可为复合材料构件螺栓连接结构及拧紧工艺设计的精准化提供一定参考和依据。

关键词：复合材料螺栓拧紧过程拧紧工况摩擦系数扭矩系数夹紧力

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关于螺栓拧紧过程中热分配系数变化的数值分析

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科技创业家 2013年第15期 55-56页

作者：朱立新朱煦雯浙江杭钻机械制造股份有限公司美国麻省理工大学数学院

螺栓部件是工业中常见的连接手段。在将螺栓拧入的过程中会由于表面摩擦而生热,继而引起部件温度的升高。本文讨论了摩擦生热的数学模型,并用有限元方法对该模型的偏微分方程求出了数值解,并给出了热分布系数随时间和材料性质变化的规律。

关键词：螺栓拧紧过程摩擦生热热分配系数有限元方法

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飞机复合材料结构螺栓连接拧紧过程中的夹紧力研究

飞机复合材料结构螺栓连接拧紧过程中的夹紧力研究

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作者：蔡跃波南京航空航天大学

学位级别：硕士

凭借其优异的综合性能,复合材料在飞机结构中得到越来越广泛的应用。在复合材料结构装配中,大量采用螺栓连接方式。在螺栓拧紧过程中,产生的轴向力使得螺栓被拉长和被联接件被压缩,这个轴向力就是夹紧力。随着夹紧力的变化,整个连接结... 详细信息

凭借其优异的综合性能,复合材料在飞机结构中得到越来越广泛的应用。在复合材料结构装配中,大量采用螺栓连接方式。在螺栓拧紧过程中,产生的轴向力使得螺栓被拉长和被联接件被压缩,这个轴向力就是夹紧力。随着夹紧力的变化,整个连接结构的应力应变状态会不断变化,当夹紧力增大到一定程度时,结构可能会发生损伤。为了提高连接结构的疲劳强度,保证健康性,研究复合材料结构螺栓拧紧过程中的夹紧力具有非常重要的工程意义。本文分析了连接结构的参数、拧紧工况对螺栓拧紧过程中夹紧力的影响,分析了夹紧力对连接结构的影响,进而得到了螺栓拧紧过程中连接结构不产生损伤的最大允许夹紧力。论文的研究工作主要包括:(1)利用有限元方法,研究了连接结构的参数对螺栓拧紧过程中夹紧力的影响,分析了不同参数下夹紧力和拧紧力矩曲线的不同。研究结果表明,在弹性阶段,施加相同的拧紧力矩,接触面摩擦系数、螺栓直径会显著影响夹紧力,接触面摩擦系数从0.05增大到0.20时,夹紧力最大下降42.9%,螺栓直径从6.35mm增大到9.53mm,夹紧力下降29.6%;螺栓与孔间隙、螺距对夹紧力有一定的影响,间隙从0.05mm增大到3.00mm,夹紧力下降4.95%,螺距从0.794mm增大到1.270mm,夹紧力下降7.17%。在塑性阶段,各个参数对夹紧力的影响规律与弹性阶段下的基本一致。(2)通过试验研究了拧紧工况对螺栓拧紧过程中夹紧力的影响,分析了不同工况下夹紧力和拧紧力矩曲线的离散性、达到相同夹紧力所需的拧紧力矩和曲线的阶段划分。研究结果表明,在螺栓整个拧紧过程中,有润滑、小垫圈和低拧紧速度下,夹紧力和拧紧力矩曲线的离散度更小;为了达到相同大小的夹紧力,有润滑、小垫圈和高拧紧速度下螺栓需要更小的拧紧力矩;无润滑和有垫圈下,夹紧力是先逐渐变缓增大到屈服夹紧力,再快速增大到目标夹紧力;有润滑和不同拧紧速度下,夹紧力是逐渐变缓增大到目标夹紧力,与拧紧速度高低关系不大;无垫圈下,夹紧力的变化趋势更复杂。(3)在研究连接结构的参数和拧紧工况对螺栓拧紧过程中夹紧力影响的基础上,通过试验和有限元研究了夹紧力对连接结构的影响以及最大允许夹紧力,分析了连接结构的应力应变状态、复合材料板的损伤情况等。研究结果表明,螺栓、螺母应力集中的地方在前几扣啮合螺纹的牙根;复合材料板的应力集中在垫圈外边缘和孔周边区域,极易产生损伤;啮合螺纹中第一扣螺纹承载能达到50%左右,前三扣螺栓承载了90%的夹紧力;复合材料发生层间损伤和层内损伤的夹紧力很接近,并且也很靠近螺栓屈服时的夹紧力;结合光学显微镜和无损检测试验,根据一定的安全裕度,通过比较复合材料产生损伤时的夹紧力和螺栓屈服时的夹紧力,得到了复合材料结构螺栓拧紧阶段的最大允许夹紧力。

关键词：复合材料结构螺栓拧紧过程夹紧力有限元分析试验研究

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