拧紧力矩作用下螺栓预紧力的高保真有限元仿真与实验验证

针对实际螺栓结构,研究螺栓在拧紧力矩作用下的有限元仿真方法,得出了拧紧力矩和螺栓预紧力之间的定量关系。首先,建立了带三维斜螺纹的螺栓几何模型,并且使用Hypermesh软件进行带螺纹的有限元网格划分,并定义相应的力学接触状态;然后,利用Ansys Workbench软件对螺母下表面施加不同大小拧紧力矩来得到对应的轴向力的大小,从而得出拧紧力矩与螺栓拉力之间的函数关系;最后,设计了螺栓预紧力实验,并将实验、仿真结果以及理论公式计算结果三者进行对比验证。结果表明,与扭拉关系理论计算式相比,有限元仿真模型的计算结果与实验更为接近,能准确反映螺栓预紧过程。螺栓预紧高保真有限元模型为进一步精确分析螺栓拧紧时的力学机制提供了一种可行方法。

基于LabVIEW的风电主轴承螺栓预紧力监测系统

针对大型风电主轴承容易产生轴向振动故障问题,基于端盖螺栓预紧力的变化特性,本文拟开发一款螺栓预紧力采集监测系统。该系统采用一种嵌入分布式的垫片压力传感器测量方法,以DH5902N数据采集卡和计算机为硬件,实现螺栓预紧力数据采集和分析。构建应用于风电机主轴承的压力传感器检测模型,通过建立基于传感器数据测量的螺栓预紧力校正算法,实现风电机主轴承轴向受力检测。选用LabVIEW作为软件开发平台,实现多通道数据采集显示与灯光报警等功能,最终实现对风电主轴承的受力状态监测。

HL-3装置碳基第一壁螺栓预紧力分析

通过对HL-3装置第一壁基本模块进行高温下的螺栓预紧力分析,获得第一壁结构的应力分布及螺栓预紧力的变化情况,为碳基第一壁结构的现场安装提供数据支撑。

多叶式径向动压气体箔片轴承预紧力仿真

为获取多叶式径向动压气体箔片轴承大预紧装配过程中各部件状态,基于显式动力学方法建立了该类轴承的非线性接触模型,并讨论了预紧量、静态偏心率对转轴表面应力分布的影响,研究结果表明:多叶式箔片结构在平箔片搭接区域及与转轴接触区域应力较大;当无静态偏心时,转轴表面应力分布呈周期对称状态,有静态偏心时,则呈余弦形式,且应力波峰波谷数量与箔片数量一致;同时,预紧量越大,转轴表面应力越大,而静态偏心率越大,转轴表面主要受压区峰谷间应力差越大。

考虑螺栓预紧力差异的箭体连接结构动力学响应分析

针对广泛地应用在航空航天箭体结构中的螺栓法兰连接结构的动力学响应特征会显著受到螺栓预紧力大小影响的问题,在螺栓法兰连接结构不同工况下螺栓预紧力出现差异时,研究箭体连接结构的静动力学响应特征。通过对特定的筒壳螺栓法兰连接结构,基于有限元分析和敲击试验来提出一套考虑螺栓预紧力差异的箭体连接结构动力学响应分析方法。并由此研究螺栓松动时的响应特征,基于互补集合经验模态分解算法设计一种新的螺栓松动探测流程,可以量化螺栓发生松动时连接结构的中高频段频响幅值升高的特征,能无损快速地识别松动工况的发生。

基于ANSYS的薄壁环形包装件预紧力工艺变形研究

目的研究薄壁环形机械包装件装夹变形问题,针对此类薄壁环形包装件加工过程中存在的极易变形问题,以求优化环形包装件装夹方案,避免零件弹塑性变形,从而避免组合件报废。方法利用有限元分析法,基于ANSYS对薄壁环形包装件进行研究,结合“载荷增量法”,设计铣削预紧力施加方案,研究预紧力载荷对包装过程中零件铣削变形的影响规律。结果仿真结果显示,粗加工筋壁位置处施加预紧力,精加工型槽处施加压紧力,结合限力矩扳手施加预紧力可有效减少薄壁支撑环变形量。结论试验研究结论表明,使用限力矩扳手将预紧力控制在有效范围内,作用点位置在筋壁处可有效避免薄壁件薄壁支撑环变形,从而提高环形包装件产品质量。

金属八角垫泄漏率与螺栓预紧力的关系研究

为了探究金属八角垫密封系统泄漏率与螺栓预紧力的关系,研究了平行圆盘模型和Roth模型,分析了部分金属材料密封性能系数与布氏硬度的关系,以及密封面比压力与泄漏率、螺栓预紧力的关系,得到了八角垫密封系统泄漏率与螺栓预紧力之间的函数关系式。利用该关系式,可以预测金属八角垫密封系统达到相应密封度等级需要多大的螺栓预紧力。并且进行了仿真模拟计算,在一定程度上验证了理论计算公式的准确性。

基于超声纵横波原位法的螺栓预紧力检测研究

针对超声纵横波的螺栓预紧力原位测量精度受几何层面和材料层面因素的影响,通过声弹力学的理论推导,提出了基于形状因子和材料因子的螺栓预紧力超声原位检测模型,并对多种规格、等级、厂商的螺栓的形状因子和材料因子的影响进行试验。结果表明,本测量方法具有较高的拟合度,且可将形状因子λ<0.3作为适用条件。由此得出,通过测量验证了理论推导的正确性,定量地获得了各种因素对测量精度的影响范围,为建立纵横波虚拟标定曲线算法和数据库提供了坚实的基础。

基于机器学习的刮板输送机链条预紧力动态控制技术研究

刮板输送机的链条松紧状态是传动系统能否正常高效工作的前提。随着工作面煤层变化、采煤机位置变化和溜槽上物料变化,链条载荷受到多种因素的复合影响,链条受力状态具有随机性、复杂性、时变性和不确定性等特点,各种复杂变化特性造成了链条预紧力控制的困难。基于机器学习算法,将人工控制刮板输送机链条预紧力的历史数据作为训练集,建立了基于神经网络的刮板输送机链条预紧力动态控制算法模型。仿真结果表明,在经过大量数据训练后,模型能够较准确地实现链条预紧力控制,具有较好的适用性和先进性。

高压静密封螺栓预紧力和扭矩理论计算与应用技术探讨

在石油化工工程安装中,设备、法兰螺栓预紧力和扭矩的计算与应用是高压静密封的关键工序,其螺栓预紧力和扭矩的确定至关重要。根据胡克定律,基于金属材料屈服极限内的“过盈配合”原理进行理论计算,并结合多年工程实践,与国家标准和德国工业标准进行应用对比。通过高效、良好的高压静密封安装施工实践检验,效果良好,为今后探讨螺栓预紧力的科学性提供参考。

基于改进四参数法的法兰螺栓连接预紧力优化

为解决无垫片法兰螺栓连接预紧力分布不均的问题,运用有限元方法对法兰螺栓连接以两种预紧顺序进行仿真计算,分析了螺栓残余预紧力的分布规律;使用四参数法优化螺栓预紧力,分析其优化效果即残余预紧力大小和均匀性,并对四参数法予以改进。结果表明:四参数法以较低的使用成本解决了残余预紧力分布不均问题,但是个别螺栓残余预紧力依旧有较大分散性;改进后的四参数法改善了原方法的不足,在两种顺序下,残余预紧力标准差比原方法分别减小了63%和59%。

一定预紧力下过放电对锂离子电池性能的影响

测试数据中心用磷酸铁锂/石墨锂离子电池在有无预紧力下过放电的性能。该电池具有高倍率长循环特性,可持续以5.00 C放电2 000次。对电池进行0~3.65 V、0.20~3.65 V、0.50~3.65 V、0.80~3.65 V和1.50~3.65 V等5个过放电电压区间的循环测试发现,随着放电截止电压降低,循环衰减加快。有夹具可提升同一循环区间下的电池寿命,通过电化学阻抗谱(EIS)、SEM和XRD测试发现,有夹具电池的界面阻抗和电荷转移阻抗更小,外部压力可减少电极界面空隙,增加接触面积,抑制产气带来的Li+活性损失,提升循环性能。无夹具电池的负极,在充放电过程中会发生微观变化,导致循环衰减更严重。电池即使在过低电压下储存,也不会出现容量的衰减。

基于非接触式测量技术的高强螺栓预紧力检测方法研究

为了研究非接触式测量技术检测高强螺栓预紧力的可行性,以8.8级M16高强螺栓为研究对象,采用有限元软件对高强螺栓施加预紧力进行了模拟,分析了不同螺栓预紧力下螺帽表面应变分布。通过电阻应变片检测试验测量了高强螺栓施加预紧力过程中的螺帽表面应变,将测量结果与模拟结果进行对比,验证了有限元模拟的正确性和螺栓预紧力与螺帽表面应变之间的线性关系。采用三维数字图像相关法检测了高强螺栓预紧力施加过程中的螺帽表面应变,并与有限元分析结果进行了对比。最后,采用正态分布完全样本可靠度置信下限计算方法得到了20%失效概率、50%置信度下的8.8级M16高强螺栓螺帽表面应变检测目标值。结果表明:采用三维数字图像相关法通过检测螺帽表面应变从而确定高强螺栓预紧力理论上是可行的。

强构造应力巷道高预紧力锚杆锚索联合支护效果研究

本文以新疆潞新二矿强构造应力巷道为背景,针对E4205下顺槽巷道围岩稳定性问题,对高预紧力锚杆锚索联合支护技术的应用效果进行了深入研究。首先,通过水压致裂地应力测试,测得最大水平主应力σ^(H)为13.33 MPa,最小水平主应力σ^(h)为7.05 MPa,垂直主应力σv为7.62 MPa,最大水平主应力方向北偏西47.0°;其次,采用FLAC^(3D)数值模拟,研究了两种预紧力等级下锚杆对巷道围岩应力分布的影响规律,揭示了高预紧力锚杆支护产生的应力值更大,形成的有效压应力区范围更广;最后,针对强构造应力地层巷道,提出了“高预紧力锚杆锚索联合支护”方式,通过监测,对比分析了采用高预紧力锚杆锚索联合支护技术应用前后巷道围岩的变形,发现高预紧力锚杆锚索联合支护方式能有效控制该类巷道的变形,保证工作面的安全生产。

一种临时紧固件及其预紧力测量方法

薄壁件在正式装配前一般需要通过临时紧固件进行定位和夹紧,定位和夹紧的质量直接影响薄壁件的后续工艺质量,乃至最终的薄壁件产品质量,而临时紧固件的夹紧力和预紧力又是影响装配质量关键之中的关键。文中提出了一种能够测量临时紧固件预紧力的方法,该方法通过在临时紧固件内设置成组碟形弹簧片,来扩大临时紧固件在受力时产生的变形量,该变形量将被倚靠在内六角扳手上的压缩弹簧感知,进而被紧邻压缩弹簧的力传感器感知,所以,临时紧固件所受预紧力最后通过碟形弹簧片受力与变形之间的关系反推。内六角扳手的另一端通过套筒联轴器与电机连接,内六角扳手的轴向位移量在套筒联轴器内部补偿,从而实现了临时紧固件的自动化装配与同步预紧力的测量,最终得出了配合M4临时紧固件使用的碟形弹簧片的参数、组合方式,以及监控预紧力时的变形范围。

拧紧工艺对压气机轴端预紧力的影响研究

增压器是一种高速旋转机械,工作环境十分复杂。在装配过程中,压气机轴端螺母的拧紧工艺会影响所获得预紧力的均匀程度,如果轴端螺母松动,会导致增压器故障。针对这一问题,首先,采用压气机轴端螺母预紧力范围评价模型,结合压气机热力计算结果,确定预紧力范围;然后,根据设计值确定扭矩法及扭矩-转角法拧紧试验规范;最后,基于自主开发的紧固试验装置,开展压气机轴端连接结构模拟样件拧紧试验,研究了不同拧紧工艺对轴端预紧力的影响。结果表明:保证压气机轴端结构正常工作所需轴端预紧力范围为18.16~31.03 kN;采用扭矩-转角法拧紧得到的预紧力标准差约为扭矩法的25%,使用扭矩-转角法有利于降低预紧力分散程度,且采用扭矩-转角法拧紧更接近设计中值,有利于提高预紧力控制精度。

正反顺序加载下安装边螺栓预紧力分散度的数值模拟与试验验证

在航空发动机机匣安装边装配过程中,不同位置螺栓之间会产生弹性交互作用,不同加载方案会使装配后的螺栓预紧力存在一定的分散度。针对这一问题,建立了3层带止口机匣安装边3维接触有限元模型,研究不同加载方案下螺栓预紧力的施加方法。基于有限元模型数值模拟了3层机匣安装边分别在顺序加载方案、交叉加载方案和正反顺序2轮加载方案下螺栓预紧力的分散度。搭建了相应的试验装置,分别对3种加载方案的预紧力分散度进行试验验证。结果表明:采用正反顺序2轮加载后的螺栓预紧力分散度最小,在3层止口机匣安装边上采用正反顺序2轮加载方案后的螺栓预紧力分散度较小,在有限元仿真中螺栓预紧力分散度为2.43%,在试验中螺栓预紧力分散度为4.98%。采用此方案加载后,止口机匣安装边能达到更好的密封效果和较好的刚度对称性。

轴承预紧力对风电主轴动态特性影响的仿真分析

轴承预紧力对风电机组主轴的动态特性有着重要的影响。首先,建立了预紧力与主轴系统的关联关系,并计算了不同预紧力对应的轴承刚度值,进而分析预紧力与刚度之间的关系。然后,建立了以圆锥滚子轴承为支承的两点式和单点式支承的风电主轴的有限元分析模型,分析了预紧力对两种支承方式的风电主轴模态振型、固有频率、临界转速以及稳定性的影响。结果表明:圆锥滚子轴承预紧力增大会引起轴承刚度增大,可进一步提高主轴的固有频率、临界转速和稳定性;单点式支承比两点式支承的主轴临界转速大以及更稳定。合理选取轴承预紧力,可提高主轴的稳定性。

湿环境和预紧力作用对CFRP单搭接连接结构拉伸性能的影响

本文研究了湿环境和预紧力对碳纤维增强复合材料单搭接螺栓连接结构拉伸性能的影响。通过吸湿试验、拉伸试验和有限元仿真,得到了以下主要结论:(1)施加预紧力对复合材料螺栓连接件的吸湿影响较小。(2)在预紧力从0 k N到2 kN的范围内,干态和吸湿试件的结构强度均随预紧力增大而增大。(3)湿环境对结构应力分布影响较小。研究结果可为复合材料螺栓连接结构在湿环境中的应用提供支持。

基于紧固过程的航发低压转子连接螺栓组螺栓装配预紧力分析

本文探究了低压转子连接螺栓组螺栓装配预紧力的确定方法。通过设计螺栓短期松弛实验,确定了螺栓预紧力的拟合函数,计算出螺栓的初始预紧力为37800 N,松弛后稳定的预紧力为37000 N。随后基于弹性相互作用原理,分别设计了低压转子环形试件的弹性正作用实验和扇形试件的弹性负作用实验。结果表明,弹性正作用对拧紧工艺无影响,弹性负作用会导致相邻螺栓之间的预紧力出现不同程度的减小。在实验基础上提出了两轮顺序装配工艺,将装配预紧力设定为37000 N,可以忽略拧紧工艺对螺栓预紧力的影响,使螺栓组螺栓的分散性最低,从而保证了低压转子的可靠性与稳定性。