疲勞是指材料在循環載荷作用下逐漸累積損傷直至失效的過程,就螺栓而言,疲勞壽命即指在特定的循環載荷條件下,螺栓能夠承受的最大循環次數,而不會因疲勞而失效(即不出現斷裂或強度退化)。
?
?
螺栓的疲勞破壞可能會產生嚴重的后果,例如在風力發電場中,很多風力發電機運行環境較為惡劣,常受到強風、溫度變化等因素影響,加之風機葉片轉動產生的交變載荷,易使得螺栓連接處產生相對滑移,連接螺栓逐漸,發展為疲勞斷裂,不僅嚴重影響經濟效益,還可能造成嚴重的安全事故。
?
影響因素
螺栓的疲勞壽命受多種因素影響,主要包括螺紋根部的應力集中、被緊固工件的剛度、接觸面狀況、預緊力等等。
?
螺紋根部作為截面突變處,受力狀況較為嚴峻,螺紋處缺口及截面變化會導致應力集中,應力集中的地方往往會成為疲勞裂紋的起源點,產生疲勞裂紋并導致疲勞破壞,從而對疲勞壽命產生影響?。
?
?
螺栓裝配后的疲勞強度和預緊力,即在裝配時螺栓被擰緊所產生的拉力之間也存在一定的聯系。當預緊力合理施加時,可以使螺栓和被連接件之間保持緊密的貼合,有效減少連接部件在承受外部交變載荷時的相對滑移,從而在很大程度上提高螺栓連接的疲勞強度。
?
如果預緊力不足,連接部件在外部交變荷載作用下就容易產生微小滑移,這種滑移會在螺栓的螺紋根部等應力集中區域產生額外的應力波動,從而加速螺栓疲勞裂紋的萌生與擴展。但這并不是說預緊力越大就越好,若預緊力過大,又會使螺栓承受過高的初始拉應力,導致螺栓發生塑性變形,其內部組織結構發生改變,導致疲勞強度急劇下降,甚至可能導致螺栓在裝配過程中就發生破壞或斷裂。
?
此外,螺栓的疲勞強度與其自身強度、尺寸等因素也有一定關系,因此在評價螺栓的疲勞性能時,應綜合考量其他相關因素,并在設計、裝配和使用過程中嚴格把控,才能減少因螺栓疲勞性能不足而產生的各種問題。
?
?
軸向疲勞性能檢測
螺栓接頭通過軸向載荷疲勞試驗進行評估,以了解使接頭失效所需的循環載荷程度。軸向載荷疲勞試驗通過對預加載螺栓接頭施加循環載荷來進行。
?
試驗所用試件應從尺寸和機械性能合格的產品中隨機抽取,不進行任何機械加工,但應將試件清理干凈,防止磕碰和損傷其表面,在各配合表面涂以潤滑油。將螺栓試件安裝于試驗螺母或螺紋襯套上,使試件螺紋收尾至夾具支撐面距離、末端露出試驗螺母或螺紋襯套部分長度均滿足要求。
?
根據相關標準規范規定的不對稱拉伸循環應力型式施加載荷,在恒定平均應力或恒定應力比下持續進行試驗,直至試件失效或超過規定的應力循環次數為止。試驗應力循環次數通常根據試件材料的耐疲勞性能來確定,對于鋼制螺紋緊固件,一般循環500萬次。
?
?
除軸向疲勞外,螺栓的彎曲疲勞、扭轉疲勞,以及因承受多種載荷導致的復合疲勞等疲勞類型同樣應引起重視,采用科學方法進行評價,以采取對應措施,確保螺栓疲勞性能滿足實際需求,有效預防螺栓疲勞斷裂等問題。
?
總結
螺栓作為在工業領域具有廣泛應用的連接件,其使用過程中的安全性和可靠性具有重要的現實意義。準確評估螺栓的疲勞性能,不僅能夠在一定程度上確保螺栓的安全使用,還能夠為螺栓的生產和研發提供有力支持。在使用時也應通過采取適當增加夾緊力,確保螺栓與被緊固件之間的接觸面平整、光滑等措施來提高螺栓的疲勞壽命,以確保機械連接的長久安全與可靠。
中鋼國檢為您推薦別讓小螺栓出大問題!解密螺栓疲勞壽命背后的技術密碼。我們將將隨時為你解答關于產品和服務的疑問,同時你還可以了解檢測小知識其它信息或瀏覽常見問題。