1300 MPa High Strength Steel for Bolt with Superior Delayed Fracture Resistance

By the increase in Mo content,the addition of microalloying elements V and Nb and by reducing the contents of Mn,P and S based on the composition of steel 42 CrMo,we have developed a 1 300 MPa-grade high strength steel(ADF1)for bolts.The sustained load bending test,sustained load tensile test and stress corrosion cracking test have been carried out to evaluate the delayed fracture resistance of steel ADFl and commercial steel 42 CrMo.The results showed that steel ADF1 has superior delayed fracture resistance to that of 42 CrMo steel.It's concluded that the superior delayed fracture resistance of ADF1 is mainly due to the increase of tempering temperature,fine homogeneously distributed MC carbide and fine prior austenite grain size.

基于超声多尺度衰减的螺栓轴向应力评价

针对超声波传统衰减法测量高强度短螺栓应-力时,难以达到预期精度,提出了一种基于超声散射衰减理论和小波多尺度分解的测量螺栓应力的方法。基于立方晶系材料的瑞利散射,推导了超声衰减系数与应力关系的理论模型。利用小波变换得到各个尺度的衰减系数并定义加权超声多尺度衰减系数,结合粒子群优化算法和灰色关联分析确定衰减系数最优尺度组合及其归一化权重系数,建立轴向应力的超声多尺度衰减测量模型。利用搭建的螺栓轴向应力超声波测量系统,对普通螺栓进行轴向应力测量,证明了该方法的可行性。对比了多尺度衰减法与渡越时间和传统衰减法对高强度短螺栓轴向应力的测量结果,验证了多尺度超声衰减法更适合高强度短螺栓的轴向应力测量。

板桁结合加劲梁弦杆焊接残余应力影响研究

为明确板桁结合加劲肋弦杆焊接残余应力分布特征,研究弦杆顶板焊接对腹板高强螺栓应力的影响。以温州瓯江北口大桥为背景,基于ABAQUS软件建立加劲梁下弦杆局部三维有限元模型,结合现场焊接顺序对焊接温度场和应力场进行数值模拟。

高应力反复拉压作用下钢板组合单边螺栓钢筋机械连接性能试验研究

针对预制混凝土楼板钢筋直径较小,装配时无法直接使用灌浆套筒完成钢筋连接的问题,提出一种高强钢板组合单边螺栓钢筋机械连接件,仅从楼板表面即可实现钢筋等强连接。为研究钢板组合单边螺栓钢筋机械连接接头在地震作用下的连接性能及工作机理,对2组6个试件分别进行高应力反复拉压试验和单向拉伸试验,重点考察破坏形态、连接钢盖板沿长度方向及宽度方向应变、高强螺栓轴向应变和开槽钢筋应变等。结果表明:相同锚固长度条件下,2组试件的最终破坏模式、极限承载能力无明显区别,但接头变形性能有一定差别,高应力反复拉压试验中极限荷载所对应位移增加约32%,钢筋拉断时位移增加约24%;锚固区钢筋和接头端部钢筋荷载-应变曲线变化趋势无明显区别,高应力反复拉压作用对钢盖板轴向应变和横向应变特征基本无影响;高应力循环作用结束时,高强螺栓压应变增加约30×10^(-6),循环作用对螺栓预紧力的影响较小;试件屈服比、强度比及延性比的均值分别为1.07、1.56和7.92,锚固长度为3 d(d为连接钢筋公称直径)的试件钢筋拔出,可以对连接齿钉的构造进行优化,减小齿钉间距和增加咬合面以提高锚固性能。

疲劳荷载特性对8.8级M24高强度螺栓疲劳裂纹扩展机理影响探析

为研究常幅疲劳荷载特性对高强度螺栓疲劳裂纹扩展的影响,针对钢结构端板连接用8.8级M24高强度螺栓在不同应力比/应力幅作用下常幅疲劳试验所得到的24个试件断口形貌进行定量分析,并采用ABAQUS软件数值模拟高强度螺栓应力集中情况,探讨含初始裂纹高强度螺栓裂纹尖端应力强度因子与荷载特性、预制裂纹形状之间的关系。结果表明:在轴向受拉疲劳荷载作用下,螺母与螺栓啮合第1圈螺纹处为疲劳断裂最不利位置;试件断口稳定扩展区面积与应力比/应力幅呈负相关,快速扩展区面积与应力比/应力幅呈正相关;裂纹尖端应力强度因子随应力比/应力幅的增大而增大;预制半椭圆形裂纹短/长轴之比(a/c)越大,应力强度因子扩展有限元(XFEM)解与解析解误差越大。

铁路钢桥高强度紧固螺栓断裂分析及防护

为探求高强度紧固螺栓发生断裂的原因,对某铁路钢桥上断裂的紧固螺栓进行了失效分析。利用扫描电子显微镜、能量色散X射线谱、金相显微镜、洛氏硬度仪、X射线荧光光谱仪、电子万能试验机等技术手段,对铁路钢桥失效螺栓的断口形貌、断口微区成分、显微组织、硬度、螺栓用钢的成分以及力学性能等方面进行分析与研究。结果显示:螺栓用钢的化学成分、硬度及力学性能均符合国家标准要求;螺栓断口起裂区存在树枝状裂纹,裂纹内部有含硫的腐蚀产物,且螺栓工作时所受外力为交变载荷。因此,螺栓的断裂是在交变载荷下发生的腐蚀疲劳断裂。螺栓断裂的初始裂纹源位于螺杆上螺纹的根部或螺柱与螺母连接位置的根部,为由硫元素引起的应力腐蚀裂纹。此研究为防止螺栓发生应力腐蚀裂纹及衍生病害提供了理论依据。

钢结构端板连接用M24高强度螺栓疲劳裂纹扩展数值分析

为探究高强度螺栓疲劳裂纹扩展机理,基于30个M24高强度螺栓常幅疲劳试验数据,对典型螺栓断口进行宏、微观分析,采用ABAQUS有限元软件对含预制裂纹的高强度螺栓进行数值模拟,重点探讨了螺栓在不同长度预制裂纹下的应力分布情况及预制裂纹的几何特征对应力强度因子(stress intensity factor,SIF)、裂纹扩展方向的影响。结果表明:在相同应力比下,疲劳扩展区径向长度随着平均特征应力幅的增加而降低,降低幅度为21.8%和5.7%,且瞬断区韧窝深度随着疲劳辉纹间隙的增大而加深;预制裂纹几何特征对螺栓应力分布影响明显,试件疲劳断裂SIF与裂纹预制长度、裂纹径向/环向之比呈正相关关系,但与预制裂纹初始角度无明显关系。此外,还建立了基于试件应力变化率判断疲劳裂纹长度变化率的预测公式,指出了高强度螺栓疲劳断裂过程的位移变化率在n/N>0.75时有明显改变。

考虑孔周应力集中的摩擦型高强度螺栓抗滑移性能分析与设计方法研究

抗滑移性能是摩擦型高强度螺栓受剪连接的重要力学性能之一。为研究抗滑移性能的影响因素,设计并完成了单个高强度螺栓抗滑移性能试验和高强度螺栓群抗滑移性能试验,连接试件均为双面剪切且表面进行了抛丸处理。基于试验结果,建立了准确、可靠的有限元验证模型,据此对高强度螺栓受剪连接进行了参数分析,主要研究参数包括:螺栓预紧次序、连接板件厚度、垂直于内力方向的螺栓间距与边距以及顺内力方向的螺栓间距与边距。分析结果表明:连接板件最危险截面的塑性区分布对摩擦型高强度螺栓的抗滑移性能有着显著影响,设计时应考虑孔周应力集中现象对抗滑移承载力的折减;不同的截面受力情况对应的孔周应力集中系数存在明显差异。通过计算分析给出了螺栓抗滑移承载力折减系数建议值。相关研究成果可为摩擦型高强度螺栓受剪连接的设计提供改进思路。

柴油机高强度螺栓安全系数和螺栓头部接触应力计算

介绍了柴油机高强度螺栓包括缸盖螺栓、连杆螺栓、主轴承盖螺栓、飞轮螺栓、曲轴前端螺栓的安全系数计算方法和螺栓头部的接触应力计算方法。提供的螺栓安全系数计算方法适用于工作在弹性段和塑性段的螺栓。提供的螺栓安全系数计算方法对柴油机主要功能螺栓的设计有较强的实用价值。

基于超声双波法测量高强螺栓预拉力试验研究

为了降低高强螺栓脱落或断裂对结构性能的影响,研究了高强螺栓预拉力的超声双波检测方法,通过及时判别出欠扭和过扭螺栓,来降低螺栓预拉力失效的概率。基于超声双波法原理,研究了螺栓有效应力长度对螺栓预拉力超声测量的影响,进行了已紧固高强螺栓预拉力的测量试验。结果表明:螺栓有效应力长度取L_(g)+d/6或L_(g)+d/3时,测量值与实际值的相对误差小于10%。修正了螺栓有效应力长度的经验公式,可将其应用于工程实践。

电梯试验塔用高强度螺栓断裂原因分析

本文通过断口分析、材质分析和力学性能测试,对一根电梯试验塔用的高强度螺栓的断裂原因进行分析。结果表明:没有明显证据表明该螺栓断裂与其本体质量及安装有关系;在雨水腐蚀及应力的作用下,裂纹在螺栓的螺纹根部萌生,随后在交变应力作用下,逐渐形成疲劳断裂。据此提出两点建议,一是对处于同等服役环境下存在断裂倾向的螺栓进行替换;二是做好螺栓与雨水之间的物理隔离。

42CrMo风机塔筒法兰高强度螺栓疲劳寿命分析

基于Schmidt-Neuper理论,针对风机塔筒法兰高强度合金钢螺栓,建立了将法兰中心载荷时间历程转换为螺栓应力时间历程的公式化方法。依据德国劳埃德船级社规范,对螺栓S-N曲线进行了修正。通过雨流计数法得到应力时间历程的完整循环载荷,再运用Palmgren/Miner线性累积损伤理论得到螺栓的疲劳损伤。同时,还通过有限元法拟合了法兰中心载荷与螺栓应力的公式,并计算了螺栓疲劳损伤。通过将这两种方法得到的结果进行对比,证明了所研究方法的有效性,为风力发电机螺栓的设计提供了参考。

钢桁梁腹杆插入式节点杆端应力分析与探讨

研究目的:为便于制造与安装,大跨钢桁连续梁桥往往在采用整体节点,腹杆与主桁节点连接时,腹杆插入节点板中,采用高强螺栓两面连接。由于仅连接杆件的两个面,另外一面(或两面)不直接承受节点板传递的荷载,必然存在剪力滞效应。通过建立钢桁梁腹杆的几种典型截面的有限元模型,研究两面连接腹杆端部的应力分布,从而掌握腹杆端头板件应力分布的规律并用于指导钢桁梁桥节点设计。研究结论:杆件端部最大正应力均发生在螺栓群末端;一般来说,杆件板厚越大,螺栓连接沿杆件长度方向的排数越多,最大正应力与名义正应力的比值越小;截面形式变化、板件厚度变化不会对最大剪应力的发生部位产生影响;杆件中部,截面应力趋于均匀,剪力滞效应不显著。

基于FRANC3D环境的高强度螺栓应力腐蚀断裂仿真研究

为研究某产品轴承基座高强度连接螺栓使用中发生的延迟断裂失效问题,笔者应用三维裂纹扩展软件FRANC3D对该型螺栓断裂过程进行计算仿真,通过对材料参数的设定体现环境对整个断裂过程的影响,从而达到探索性地对应力腐蚀断裂仿真进行研究的目的。将裂纹扩展后的仿真结果与螺栓实际宏观断口相比较,仿真结果基本符合螺栓实际断裂情况。

高强度螺栓螺纹根部应力集中的有限元分析

应用ANSYS软件中的有限元接触分析方法,研究了M56高强度螺栓联接组合螺纹根部圆角半径、螺纹深度和螺距对螺栓螺纹根部应力集中的影响。研究结果表明,增大螺纹根部圆角半径和螺纹深度可明显缓解螺纹根部的应力集中,而增大螺距的效果却不明显,这对工程应用具有一定的指导意义。

临界应力比下M24高强螺栓的常幅疲劳性能试验研究

针对材质为35 K的8.8级M24高强螺栓进行了3个试件静力拉伸试验和15个试件临界应力比下(R=0.8)的轴心“拉-拉”常幅疲劳试验,拟合了应力-循环次数曲线(即S-N曲线),选取典型试件疲劳断口进行宏观和微观分析,并与基于国家标准GB 50017-2017相关公式的计算结果进行了对比。结果表明:疲劳试验数据离散性大,对应循环破坏次数整体偏低,但均在95%置信区间内,拟合的S-N曲线基本反映不同应力幅下试件的疲劳寿命;螺栓试件常幅疲劳破坏均起始于螺纹齿根处,疲劳失效由多点疲劳源扩展形成线状疲劳源,断口韧窝特征明显;对比试验结果和国家标准规定允许的疲劳建议值,2×10^6次循环对应的疲劳强度为标准建议值的1.35倍。

销铰连接M36高强螺栓常幅疲劳性能试验

在循环荷载作用下,大跨度钢结构销铰连接高强螺栓可能发生疲劳失效。为研究其疲劳性能,针对材质35CrMoA的12.9级高强螺栓进行9组常幅疲劳试验,拟合得到应力-循环次数曲线(S-N曲线),数值模拟获得其应力分布规律及应力集中系数,并通过试件断口形貌揭示其疲劳破坏机理。结果表明:螺栓承压面第一节螺纹齿根及耳板对试件的挤压处应力集中较严重,理论应力集中系数为4.409;螺栓的疲劳破坏绝大部分起始于模拟所得试件的应力突变位置,断口疲劳破坏特征明显;所得S-N曲线可以反映不同应力幅下销铰连接高强螺栓的疲劳寿命,分别建立了以名义应力幅和缺口应力幅为变量的常幅疲劳计算公式;对比试验结果与《钢结构设计标准》(GB 50017—2017)规定的疲劳建议值,2×10~6次循环对应的名义应力幅与缺口应力幅分别为标准中构件类别Z11建议值的84.78%和373.8%,为构件类别J2建议值的42.39%和186.9%。

高强度螺栓应力腐蚀断裂过程的建模与仿真

为研究某产品轴承基座高强度联结螺栓使用中发生的延迟断裂失效问题,应用断裂力学的理论和方法建立了相关的数学模型,以描述和推测其断裂失效的真正原因,并在此模型的基础上应用Matlab/Simulink软件进行了仿真。仿真结果表明:控制螺栓内部的残余内应力和螺栓的初始裂纹长度对于提高螺栓抗应力腐蚀能力有非常重要的影响,但螺栓内部的残余内应力对于应力腐蚀裂纹扩展寿命的影响更为显著。

不同应力幅下高强螺栓的疲劳破坏特征研究

对螺栓球节点网架中M22高强螺栓的疲劳性能展开了相关的理论与试验研究。利用稳定可靠的疲劳试验加载装置和Amsler疲劳试验机对高强螺栓的疲劳性能进行试验,并通过对高强螺栓疲劳破坏断口宏观照片和微观照片的分析,探讨螺栓球节点网架中高强螺栓疲劳破坏机理。

高预应力强力支护系统及其在潞安矿区的应用

为了解决潞安矿区多条巷道支护困难的状况,提出了高预应力强力锚杆一次支护理论,即大幅度提高支护系统的初期支护刚度与强度,减少围岩强度降低,保持围岩的完整性。研究并新开发的强力支护系统成功应用于潞安矿区多种条件巷道,巷道支护状况发生本质变化。结果表明高预应力强力支护系统可有效控制围岩变形与破坏,是适合潞安矿区的一种全新的支护方式。