[发明专利]一种横向载荷下螺栓连接阶段性能检测的试验方法

说明书

本发明公开了一种横向载荷下螺栓连接阶段性能检测的试验方法，属于机械设计领域。试验装置包括材料试验机、螺栓连接试件、压力传感器、数据采集卡等。所述方法利用材料试验机对螺栓连接结构施加横向载荷，记录螺栓预紧力和单向拉伸试验过程中的力—位移曲线，以此划分螺栓连接在横向滑移过程中的各个阶段。使用提出的试验装置和方法，记录不同预紧力下螺栓连接横向滑移各阶段的载荷和位移阈值，并计算其切向表征刚度。采用压力传感器获取螺栓预紧后的预紧力，并进行螺栓连接性能的多因素分析。此外，还可以针对特定的螺栓连接结构进行性能检测与评估，为螺栓连接应用的可靠性评估和优化设计提供了重要依据和参考。

技术领域

本发明涉及一种横向载荷下螺栓连接阶段性能检测的试验方法，属于机械设计领域。

背景技术

螺栓连接被广泛应用于各类机械结构中，其连接质量将直接影响机械结构的整体性能。但是在外部的载荷作用下，螺栓预紧力会逐渐减少，使得螺栓连接结构的连接性能降低。外部载荷常被分为沿螺栓轴向和垂直于螺栓轴向(横向)，相较于螺栓连接的轴向负载，横向载荷作用下螺栓连接更容易松动，因而引起了更多的关注。而且，横向载荷作用下，螺栓连接的力—位移曲线具有非线性特征，因此探究螺栓连接在横向载荷作用下的性能表现是其可靠性设计的必然要求。

螺栓连接在横向载荷作用下，其螺纹旋合处和承压面处的接触状态发生了变化。在横向载荷作用的初期，螺纹和螺栓承压面处仅发生局部的滑移，随着横向载荷的增大，螺纹处发生了完全滑移，螺纹区域接触状态的改变使得螺栓连接结构的整体性能发生了改变。当外部的横向载荷增大到一定程度时，螺栓连接件之间将发生相对滑动，致使螺杆与孔壁相接触。横向载荷作用下螺栓连接的性能强烈的非线性特征，增大了螺栓连接结构设计的难度。

螺栓连接结构的性能是多种因素综合作用的结果，如：连接件材料、润滑、螺栓规格及螺栓预紧力等。针对特定的螺栓连接结构，预紧力是螺栓连接设计的重要参数。螺栓预紧力的大小会影响结合面的应力分布状态，进而影响螺栓连接的整体性能。相关文献表明，提高预紧力，可显著提升螺栓连接的防松动性能，并提高螺栓连接的整体性能。目前常用的紧固方法都会造成螺栓预紧力一定程度的分散。预紧力对螺栓连接结构性能的影响也是其连接性能分析的重要内容。

为研究螺栓连接的性能，预紧后，根据实际工况确定相关试验参数，采用统一的螺栓连接性能检测与评估的试验方法，进而采取针对性措施，可提高螺栓连接的可靠性和一致性。

发明内容

本发明提出了横向载荷作用下螺栓连接阶段性能检测的试验方法。为实施该方法，本发明采用了螺栓连接性能检测的实验装置。该装置通过材料试验机对螺栓连接结构施加横向载荷，并记录试验过程中的力—位移曲线，针对曲线的各个阶段进行定性和定量分析；采用压力传感器记录预紧后螺栓获得的预紧力，并结合力—位移曲线进行多因素的综合分析。

本发明所采取的具体技术方案为：由螺栓连接结构实际的螺栓材料、规格、润滑情况选择合适的紧固方法，根据实际工况确定相关试验参数，经由控制器和材料试验机进行控制和实施。由压力传感器测量螺栓预紧后获得的预紧力。根据试验获得的力—位移曲线进行阶段划分，并对各阶段下的螺栓连接性能进行定性和定量分析。结合各阶段的横向载荷阈值，计算各阈值与螺栓预紧力的百分比，为预紧力的设计提供依据。

为实现上述目标，本方法所采用的一种横向载荷下螺栓连接阶段性能检测装置包括：材料试验机(1)、上试验件(2)、下试验件(5)、螺杆(8)、压力传感器(9)、垫片(3)及螺母(4)、控制器(6)和计算机(7)等。螺杆(8)、垫片(3)和螺母(4)用于连接压力传感器(9)、上试验件(2)和下试验件(5)，其共同组成螺栓连接结构。压力传感器(9)用于测量螺栓连接结构预紧后获得的预紧力。螺栓连接结构的上试验件(2)和下试验件(5)分别由材料试验机(1)的上、下夹头固定。材料试验机(1)用于对螺栓连接结构施加横向载荷，并由控制器(6)记录加载过程中的力—位移曲线，最终将所有的实验数据导入至计算机(7)进行综合处理分析。