高强度螺栓的应力测试VIP

1、江苏省南通市特种设备检验所袁桂芳摘 要 : 应用应变电测方法测试高强度螺栓的应力集中 。为此 , 设计制造了专用的测力螺栓 。实测表明 ,应用该方法行之有效 , 能满足工程设计的要求 。关键词 : 高强度螺栓 ; 应力集中 ; 应变电测法abstract : special testing screws are manufactured in order to determine the stress concentration points in high tensile screws using strain electric testing method. actual testing

2、shows that this method is feasible and is helpful in engineering design.key words : high tensile screw ; stress concentration ; stain electric testing method高强度螺栓在起重运输机械 、钢结构厂房等金属结构中应用广泛1 。此类螺栓主要依靠预紧力在 连接件间产生的摩擦力传递载荷 , 因而在抗剪和抗拉 2 方面性能均较好 。由于采用高强度钢制造并经 热处理 , 所以预紧力和摩擦力都较大 。高强度螺栓克服了普通螺栓承载力低的缺点 , 其静强度和疲

3、劳强度比同尺寸的铆接还要高 。但是 , 在工程应用中 发现 , 尽管在选用高强度螺栓时已进行过理论计 算 , 并考虑了强度储备 , 但在实际使用中仍会不时 出现高强度螺栓的断裂现象 , 给生产和安全带来隐 患 , 甚至造成生命财产的重大损失 。为了确定在金属结构受力情况下高强度螺栓的应力分布 , 研究其局部位置的应力集中状况 , 检验其强度储备 , 需要 采用实验应力分析的方法 , 测试高强度螺栓在工作 状态下的实际应力 。实验应力分析的方法较多 , 有 应变电测法 、光弹性法 、脆性涂层法等 。其中应变保持一致 , 尽可能地再现螺栓的工作状况 , 所以测力螺栓应选用与实际使用完全相同的螺栓

4、。(2) 常用的高强度螺栓直径通常在 16 mm 至30 mm 之间 , 受力方向与螺栓杆轴线同向 , 其螺栓 孔直径仅比螺栓杆直径大 24 mm , 间隙小 , 所以不宜直接在螺栓杆表面布片 。(3) 电阻应变片在曲率大的表面上往往不易粘 牢 , 所以螺栓杆应加工出 1 块平面 , 以便容纳应变 片和接线端子 。但该平面应尽可能小 , 以便最大限 度地保持螺栓杆的承载能力 , 同时该平面与螺栓孔 之间的间隙应保证螺栓装配时应变片不被碰坏 。(4) 考虑到应变片引线的顺利导出 , 可以在螺 栓头部的适当位置打一穿孔 , 引线应尽可能细 , 孔 径尽可能小 , 以不妨碍导线引出为宜 。(5) 加

5、工的平面应较光滑 , 便于应 变 片 的 粘 贴 。引线从孔中导出时需仔细加以防护 , 防止引线 断裂和短路 。(6) 测试前 , 将贴好应变片的测力螺栓取代需 检测部位的螺栓 ; 测试中采用静态或动态应变仪测 取各工况的应变值 , 然后根据相应的计算公式和方 法换算为应力值 。电测法2 3是实验应力分析中 1 种较成熟的基本方法 , 在科学与技术领域中应用广泛 。现针对具体工程问题 , 应用应变电测法对高强度螺栓的工作应力 进行测试 , 取得了较满意的结果 。1测力螺栓的设计 、制作与使用用电测法测试高强度螺栓的应力时 , 不能直接 取现用的螺栓 , 需将 1 只与实际使用等同的高强度 螺栓

6、按照一定的要求进行设计 、制作 , 并根据测试 目的进行布片 , 以便完成测试 。测力螺栓的设计 、 制作与使用 , 应考虑如下因素 :(1) 测力螺栓应最大限度的与实际使用的螺栓2应用实例某港务公司有 1 台使用多年的门座起重机 , 在 支腿上端与大圆环连接的法兰盘上 , 连续出现多起 高强度螺栓断裂的现象 , 为了确定螺栓断裂部位的 实际受载情况 , 分析断裂原因 , 决定采用应变电测 法测试该处螺栓的实际应力 。螺纹根部截面突变处产生应力集中 , 断裂面也在这2 处发生 。为了测试应力集中处的应力 , 将测力螺 栓加工成如图 1 所示形状 , 应变片布置在 c 和 d 点 。还有一点不可

7、忽视的是 , 测力螺栓颈部以压应力为主 , 表明螺栓是受拉 弯组合变形 , 而非单纯 的拉伸变形 , 且以弯曲为主 。这说明该螺栓的受力比原设计计算假定的工况更 复杂 、更恶劣 , 应予重 视 。图 1 测力螺栓示意图因应变片所得数据为平均值 , 不可能得到布片 点上的真值 。因此 , 测试应力集中应选用微型应变 片 , 这样数据才接近真值 。但同时 , 还应考虑使用 的方便 , 故在测试中应变片选用 b e120 - 1aa (11) 微型片 , 温度自动补偿 , 阻值为 12016 , 灵敏系 数 k = 2114 , 敏感栅尺寸为 。1mm 1mm , 片基尺 寸为 315 mm 415

8、 mm 。接线端子为 905 号板基端 子 , 用 502 胶 粘 贴 , 704 胶 作 防 护 层 , 先 用 直 径0115 mm 的 单 芯 线 作 为 引 线 穿 过 螺 栓 头 部 的 引 出 孔 , 然后连接在导线上 。一片应变片紧贴螺栓头部 (图 1 的 d 点) , 另一片贴近螺纹根部 ( 图 1 的 c 点) 。测量桥采用半桥连接法 , 分别测试螺栓头部 圆弧过渡处和螺纹根部应力集中部位的应变 。测试 时用测力螺栓替代工作螺栓 。测试结束后将测力螺 栓取出 , 再装上新的工作螺栓 , 实测表明 , 在静载 和动载工况下测试信号良好 , 图 2 为动载工况下记 录的 2 个测

9、点信号曲线 。图 2 测点应力曲线图(a) 螺栓根部( b) 螺栓颈部3结论本文介绍了用于电测的测力螺栓的设计制作与 使用的原则和方法 。实例表明使用应变电测法对高 强度螺栓的工作应力进行测试是可行的 , 测试的结 果可信 , 能满足工程上要求 。该方法的应用 , 便于 对金属结构的螺栓连接进行失效分析 , 也可用于螺 栓应力的实时监测 。参 考 文 献交通部水运 司 编 著 . 港 口 起 重 运 输 机 械 设 计 手 册 . 北 京 : 人民交通出版社 , 2001 天津大学材料力学教研室电测组编著 . 电阻应变仪测试技术. 北京 : 科学出版社 , 1980张如一 . 应变电测与传感器 . 北京 : 清华大学出版社 ,1999刘鸿文 . 材料力学 . 北京 : 高等教育出版社 , 1992西田正孝 . 应力集中 . 北京 : 机械工业出版社 , 19861由文献 1知 , 45 钢强化处理后 , 其屈服强度为 012 = 660 mpa 214 mpa , 故虎克定律 = e适时 , 换算时取弹性模量 e = 210 gpa = 210 103mpa 。从曲线图看出 , 测力螺栓螺纹根部的实际承载 应力最 大 值 为 214 mpa , 已 接 近 许 用 承 载 应 力 值245 mpa1 , 说明该种高强度螺栓在载荷作用下的强度储