横向冲击载荷下齿形双螺母防松性能

针对螺栓连接结构在舰船爆炸冲击中容易发生松动的现象,设计了一种齿形双螺母的防松结构。利用局部滑移理论分析齿形双螺母的防松原理,采用有限元仿真法,通过预紧力和微滑移的变化量对其防松性能进行分析,并研究了齿形双螺母防松性能的影响因素及其影响规律。研究结果表明:横向冲击载荷下,齿形双螺母预紧力下降慢,微滑移变化小,具有较好的防松性能;当楔形角与螺纹升角相同时,防松效果最差;楔形角越大,齿形数量越多,齿形双螺母的防松效果越好。

基于参数映射的螺栓结构有限元模型构建方法

文章提出一种基于参数映射的螺栓结构有限元模型构建方法。将螺栓的不同区域进行几何分块,有效简化了螺栓整体结构的几何复杂程度,间接提高网格划分的精度和质量。针对螺栓结构中主要受力区域即螺纹结构进行精细化网格划分,引导生成高精度的螺纹结构体网格,实现通过设计参数快速引导螺栓结构几何模型自动生成的过程,并实现螺纹接触面的自动化建立,有效地提高螺栓结构建模效率,满足螺栓组件局部强度仿真需求,为多型号超级螺栓组件的快速选型提供有效的模型输入。通过实例,验证所提参数化建模流程的有效性与可靠性。

压合衬套冷挤压强化的残余应力的数值模拟

孔用衬套冷挤压强化的残余应力分布对实现优异的挤压效果起到重要的作用,而被挤压件材料和挤压量对挤压残余应力分布的影响显著。根据非线性接触摩擦理论,建立了基于压合衬套冷挤压强化的三维有限元模型,模拟获得了TB6钛合金、7050铝合金及TC4钛合金材料耳片孔强化的切向残余应力分布情况,并通过残余应力检测实验验证了有限元模拟的有效性;同时,研究了挤压量对耳片孔冷挤压强化残余应力状态的影响,揭示了切向残余应力沿着挤入面、中间面、挤出面以及衬套厚度方向的分布规律。研究结果表明:冷挤压孔强化后的残余应力在沿孔壁厚度方向上分布不均匀,切向残余压应力在中间面的分布区域最广;增大挤压量可以在一定程度上扩大压应力的分布范围,且能够提高区域压应力数值,但是也会引入部分拉应力,易产生褶皱现象;在相同的挤压条件下,TB6钛合金耳片冷挤压后所产生的切向残余压应力在应力数值和分布区域上都具有明显的优势。

芯轴悬挂器高强度螺纹结构设计及评价研究

为了防止芯轴下端连接螺纹强度不足而造成失效事故,采用高温高压套管柱设计计算方法、有限元数值模拟和实验手段,对芯轴材料进行了力学性能实验,开发了一种用于芯轴悬挂器高强度螺纹结构,并在极限复合载荷下对该螺纹进行了三维有限元计算。研究结果表明,拉扭压复合载荷对外螺纹强度影响较大,压缩载荷对内螺纹内台肩第一牙应力影响较大,内外螺纹其余部位相对安全。拉伸载荷在一定程度缓解了上扣扭矩对内外螺纹台肩部位的影响。从计算结果得到内外螺纹整体上应力小于材料允许的屈服极限,且螺纹接头接触压力均大于外在流体压力,可以形成有效密封,研究结果为芯轴悬挂器螺纹结构的选型和使用提供理论基础。

BG-TH耐热套管特殊螺纹接头开发理论与试验研究

钢铁材料在热采井等350℃超高温度条件下,不仅材料屈服强度和抗拉强度下降,材料的其他物性参数也发生了很大变化,热应变从次要矛盾上升为主要矛盾。对P110和110H两种材质进行了室温与不同高温等级下的试验研究,基于高温下材料的“弹性应力”与“塑性应变”设计理念开发了BG-TH(Thermal)耐热套管,使用有限元分析与实物试验验证设计结构。结果表明,将耐热管材与耐热螺纹接头两者配合使用可提高套管在高温中的耐用性。

双目结构光视觉引导的螺栓自动装配系统设计

为解决螺栓自动化装配过程中存在的零件位姿快速获取和在弱纹理、反光等复杂场景中实现精确定位等难题,基于双目结构光视觉原理,研制了一套螺栓自动装配系统。首先,通过双目结构光视觉系统获取工件场景的三维信息,涉及光栅条纹图案的获取、双目标定、多频外差法求解绝对相位、相位校正、极线校正、立体匹配,接着采用欧式聚类对重建的点云数据进行分割,获取单个螺栓的三维点云聚类,然后利用迭代最近点(ICP)算法估计模板点云到目标点云的位姿变换矩阵,识别连接螺栓在空间中的位姿,最后结合机械臂末端进行自动装配拧紧。实验结果表明,整个装配过程可自动完成,单个螺栓拧紧装配时间约为10 s,系统测试平均轴孔对中误差不超过1.20 mm,误差标准差不超过0.11 mm。

横向振动载荷下有无螺纹配合间隙对连接松脱性能的影响

分别对无间隙和有间隙的M10×1.5螺栓连接结构建立有限元模型,采用有限元数值模拟的方法研究横向振动载荷作用下螺纹连接配合间隙对螺纹牙根部应力和预紧力的影响规律。结果表明:在螺栓连接预紧水平0.5σ_(s),横向振动载荷振幅0.6 mm,频率10 Hz工况下,有间隙的M10×1.5的螺栓连接结构在0.8~0.9 s,3.8~3.9 s,6.8~6.9 s3个不同周期内螺纹牙根部应力大于无间隙螺纹牙,9.8~9.9 s周期内螺纹牙根部应力小于无间隙螺纹牙。螺栓和螺母螺纹牙根部应力之间存在相位差,预紧力更容易开始发生下降。间隙的存在重新分配螺纹牙之间应力的分布,为应力的释放提供空间。

任意端面螺栓的转矩系数理论计算

螺栓连接是工程建设中常用的连接方式,工业现场常采用紧固力矩值控制螺栓预紧力的方式以保证其可靠性。转矩系数是螺栓紧固力矩与预紧力之间的比例系数,对确定合适的紧固力矩范围至关重要。目前关于转矩系数的研究主要集中在圆环端面螺栓,对其他端面螺栓的研究较少。根据螺栓紧固受力分析,构建了螺栓预紧的力学模型,以极坐标描述螺栓端面内外轮廓的方式,推导出了任意端面螺栓转矩系数的精确计算公式。通过搭建简易转矩系数测量系统,对圆环端面、六角端面、T型端面螺栓进行实验验证。实验结果与理论计算一致,证明了转矩系数理论计算公式的准确性。

表面涂层分布对自锁螺栓锁紧力矩的影响研究

涂层自锁螺栓是航空航天领域重要的紧固件。表面涂层对自锁螺栓的锁紧力矩和使用安全等影响显著。为了解决航空航天结构用螺纹连接的松动问题,这里分析了自锁螺栓的防松机制及防松措施,提出整周涂层、对点涂层和半周涂层三种表面涂层分布形式,并完成了预试验分析,确定最佳涂层分布形式为半周涂层,选取涂层材料为NYLON11尼龙胶粉;实施了自锁螺栓半周涂层时常温和高温台架性能验证试验。结果表明,采用整周涂层和对点涂层时,随着螺栓的拧入,出现锁紧力矩过大、涂层破坏和锁紧力矩衰退严重问题;半周涂层时,螺栓拧入时未出现涂层破坏,涂层厚度保证自锁螺栓能自由地通过环规(最大螺纹大径+0.076mm)时锁紧性能优异,常温和高温最大锁紧力矩分别趋于为1.82N·m和1.51N·m附近,常温和高温最小脱松力矩均大于0.22N·m,满足生产需求。

拧紧力矩配比对双螺母螺栓连接松动过程影响的实验与仿真

工程中双螺母防松是一种常见的螺栓连接防松形式,不同的拧紧力矩配比对其松动过程及防松效果产生的影响不同。通过横向振动试验对比了单、双螺母节点的耗能能力,通过实验对比不同拧紧力矩配比下双螺母螺栓预紧力的实验结果与理论结果,针对横向载荷作用下双螺母螺栓连接节点,建立了考虑螺纹的精细化有限元模型,得到不同拧紧力矩配比下连接节点的螺栓夹紧力变化、滞回曲线、刚度退化系数、耗能能力、螺纹接触状态以及螺栓塑性变形,多方面分析拧紧力矩配比对螺栓连接节点松动过程的影响,综合对比给出其影响规律,并给出最佳拧紧力矩配比,有助于优化双螺母螺栓的设计,提升双螺母螺栓的防松效果,为后续的研究与应用奠定基础。

螺栓裂纹缺陷的相控阵超声检测技术综述

螺栓是最常见的紧固件之一,受应力、腐蚀等作用,容易产生裂纹缺陷,可能导致螺栓断裂,所以需要对螺栓进行检测。而相控阵超声检测具有灵敏度高、信噪比高、缺陷易识别等诸多优点,故对螺栓进行检测时首选相控阵检测。基于此,在分析螺栓缺陷的基础上,综述了相控阵检测技术对螺栓检测的方法,可准确检测缺陷,减少事故发生。

航空螺纹紧固件非旋转松驰分析及预防

航空螺纹紧固件是型号使用数量非常多的一种连接件,本文通过在工程应用过程中螺纹紧固件松弛现象分析,提出螺纹紧固件非旋转松驰造成连接失效的重要形式,通过对非旋转松驰的原理进行分析并梳理其构成要素,提出工程中避免非旋转松驰的措施,并结合工程实际探讨在典型环境下防止非旋转松驰的措施和方法。

挤压和车削成型方式对螺纹连接松动行为影响研究

针对7050铝合金车削成型和挤压成型的内螺纹开展损伤形貌分析和机械性能分析,基于自主研制的螺纹连接结构松动试验夹具和随机振动试验夹具,系统开展了在轴向激励下车削和挤压内螺纹/螺栓连接结构的松动行为研究。结果表明:内螺纹在挤压成型时材料发生塑性流动,螺纹表层组织呈流线分布,由于发生塑性变形时的冷作硬化,使得螺纹表面硬度高,质量好;挤压成型的内螺纹相较于车削成型的内螺纹更难以拉脱;挤压成型内螺纹的松动速率大于车削内螺纹;车削螺纹损伤程度比挤压螺纹严重,内螺纹的损伤主要集中在螺纹牙中部和牙底,螺纹表面损伤特征主要呈现为剥层、塑性变形以及犁沟。螺纹表面的磨损机制主要为疲劳磨损、磨粒磨损、粘着磨损。

基于ABAQUS二次开发的钛合金自锁螺母收口过程研究

为探究钛合金自锁螺母收口工艺参数对收口区域成型规律的影响,基于ABAQUS建立钛合金TC4自锁螺母收口成型过程的有限元仿真模型,对ABAQUS进行二次开发以实现前处理过程的参数化,建立GUI界面从而有效减少收口过程有限元仿真模型建立所需的时间与精力,提高有限元仿真效率。仿真研究结果表明:增大收口量与收口点高度能够显著提高自锁螺母变形程度,从而提升产品的锁紧性能。

高强度螺栓轴力与扭矩关系线性回归分析及不确定度评定

高强度螺栓广泛应用于各类高压罐体中,为了量化装配过程中的检验标准,建立高强度螺栓扭矩与轴力的对应关系模型。基于高强度螺栓轴力-扭矩实验,采用一元线性回归分析方法,建立高强度螺栓拧紧扭矩与轴力的理论关系模型;并采用剩余标准差对线性回归模型的斜率和截距进行不确定度评定。结果表明,模型计算的回归结果与实验结果的误差在±7%以内,螺栓轴力的剩余标准偏差与平均值的相对百分比小于3%,线性回归方程可以准确预测高强度螺栓扭矩与轴力的之间关系,不确定度分析可准确获取各参数的置信区间。研究对提升高强度螺栓的装配质量和连接性能,有一定的理论意义和应用价值。

基于仿真的TC4钛合金自锁螺母三点收口模具结构研究

针对K12规格TC4钛合金自锁螺母,建立三点收口过程有限元仿真模型,对4种收口模具进行仿真分析,优选出收口模具二,分析了其结构端面圆角半径、侧面圆角半径、端面宽度和端面长度对螺母变形区域应力分布及变形状况的影响。结果表明:增大收口模具端面宽度、减小端面圆角半径可以增加螺母变形区域的变形程度;减小收口模具端面长度可以减小收口量波动对螺母变形质量的影响。在正交试验获得的最佳工艺参数下,采用优化后的收口模具二可降低收口量波动,更好地满足自锁螺母性能要求。

螺栓润滑对高强度螺栓扭矩系数影响的试验研究

高强度螺栓在采用扭矩法紧固时,由于扭矩系数的离散,产生夹紧力大小不同。在有较高夹紧力要求的场合下,扭矩系数对螺栓联接性能有较大的影响。通过对比试验,在相同试验情况下,对螺栓进行不同程度的润滑,测得不同情况下扭矩系数,探究螺栓润滑对螺栓扭矩系数的影响。结果表明:在对螺栓头部与连接件的接触面及螺纹部分均进行润滑的情况下,螺栓的扭矩系数更小、更稳定。

冲击载荷下螺栓法兰连接结构断裂失效影响因素研究

为研究冲击载荷下螺栓法兰连接结构的断裂失效模式,基于弹塑性损伤本构方程建立了连接结构的有限元模型,施加了冲击载荷并进行断裂失效仿真分析,以螺栓应力与法兰转角为观测指标,研究了螺栓的预紧力、不同螺栓位置及接触面摩擦因数对连接结构断裂失效的影响规律。结果表明:螺栓位置越靠近法兰筒,接触面摩擦因数越小,连接结构越容易发生断裂失效;初始预紧力对连接结构断裂失效影响甚微。可通过增大接触面摩擦因数、增大L值来提高螺栓法兰连接结构的强度。

基于响应灵敏度方法的螺栓连接结构参数识别及实验

本文提出一种基于响应灵敏度的Bouc-Wen滞回模型辨识方法,从率无关角度揭示了螺栓连接所带来的接触摩擦能量耗散特性。首先,将参数识别问题简化成可以使用梯度算法求解的非线性最小二乘问题,并对Bouc-Wen模型进行了响应灵敏度分析。接着,通过有限元仿真研究螺栓连接结构滞回响应,利用响应灵敏度方法识别了Bouc-Wen模型参数,验证了所提方法的有效性。最后,基于准静态实验研究,开展螺栓连接结构模型修正,并用于预估其他荷载下的滞回曲线。研究表明,Bouc-Wen模型不仅可以避免传统Iwan模型由于离散成Jenkins单元所带来的强非线性、刚性方程等问题,而且能够有效地表征螺栓连接结构滞回响应。

不同紧固件的防松性能评价

采用横向振动试验机对不同紧固件进行试验以评估其防松性能,试验结果显示,防松效果最好的是变牙型防松螺母,双螺母其次,但也存在一定概率的失效;弹垫和普通螺母组合具有一定的抗振防松能力,但也有一定概率的失效,而平垫和普通螺母组合无防松能力;双螺母上下螺母的拧紧力矩大小对防松效果起关键作用,下螺母施加80%拧紧力矩,上螺母施加100%的拧紧力矩的力矩设置具有较好的防松性能。