別讓小螺栓出大問題！解密螺栓疲勞壽命背后的技術(shù)密碼

疲勞是指材料在循環(huán)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(huán)載荷條件下，螺栓能夠承受的最大循環(huán)次數(shù)，而不會因疲勞而失效（即不出現(xiàn)斷裂或強度退化）。

 

螺栓的疲勞破壞可能會產(chǎn)生嚴重的后果，例如在風(fēng)力發(fā)電場中，很多風(fēng)力發(fā)電機運行環(huán)境較為惡劣，常受到強風(fēng)、溫度變化等因素影響，加之風(fēng)機葉片轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的交變載荷，易使得螺栓連接處產(chǎn)生相對滑移，連接螺栓逐漸，發(fā)展為疲勞斷裂，不僅嚴重影響經(jīng)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(yīng)力集中、被緊固工件的剛度、接觸面狀況、預(yù)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(dǎo)致應(yīng)力集中，應(yīng)力集中的地方往往會成為疲勞裂紋的起源點，產(chǎn)生疲勞裂紋并導(dǎo)致疲勞破壞，從而對疲勞壽命產(chǎn)生影響‌。

 

 

螺栓裝配后的疲勞強度和預(yù)緊力，即在裝配時螺栓被擰緊所產(chǎn)生的拉力之間也存在一定的聯(lián)系。當(dāng)預(yù)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(yù)緊力不足，連接部件在外部交變荷載作用下就容易產(chǎn)生微小滑移，這種滑移會在螺栓的螺紋根部等應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生額外的應(yīng)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(yù)緊力越大就越好，若預(yù)緊力過大，又會使螺栓承受過高的初始拉應(yīng)力，導(dǎo)致螺栓發(fā)生塑性變形，其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，導(dǎo)致疲勞強度急劇下降，甚至可能導(dǎo)致螺栓在裝配過程中就發(fā)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(guān)系，因此在評價螺栓的疲勞性能時，應(yīng)綜合考量其他相關(guān)因素，并在設(shè)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(chǎn)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(huán)載荷程度。軸向載荷疲勞試驗通過對預(yù)加載螺栓接頭施加循環(huán)載荷來進行。

 

試驗所用試件應(yīng)從尺寸和機械性能合格的產(chǎn)品中隨機抽取，不進行任何機械加工，但應(yīng)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(jù)相關(guān)標(biāo)準規(guī)范規(guī)定的不對稱拉伸循環(huán)應(yīng)力型式施加載荷，在恒定平均應(yīng)力或恒定應(yīng)力比下持續(xù)進行試驗，直至試件失效或超過規(guī)定的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)為止。試驗應(yīng)力循環(huán)次數(shù)通常根據(jù)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(huán)500萬次。

 

 

除軸向疲勞外，螺栓的彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞，以及因承受多種載荷導(dǎo)致的復(fù)合疲勞等疲勞類型同樣應(yīng)引起重視，采用科學(xué)方法進行評價，以采取對應(yīng)措施，確保螺栓疲勞性能滿足實際需求，有效預(yù)防螺栓疲勞斷裂等問題。

 

總結(jié)

螺栓作為在工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)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(xiàn)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(chǎn)和研發(fā)提供有力支持。在使用時也應(yīng)通過采取適當(dāng)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。