基于<strong>8.8</strong>级螺栓疲劳性能的预紧力优化

doi:10.11901/1005.3093.2019.073

材料研究学报

2019, Vol. 33

Issue (8): 629-634 DOI: 10.11901/1005.3093.2019.073

研究论文

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基于8.8级螺栓疲劳性能的预紧力优化

宋竹满¹,李瑞²,钱苗²,史文博³,钱科²,马恒²,陈庆吟²,张广平¹(

)

1. 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心沈阳 110016
2. 浙江华电器材检测研究所有限公司杭州 310015
3. 东北大学材料各向异性与织构教育部重点实验室材料科学与工程学院沈阳 110819

Optimizing Prestress of Fatigue Property-dominated 8.8-grade Bolts

Zhuman SONG¹,Rui LI²,Miao QIAN²,Wenbo SHI³,Ke QIAN²,Heng MA²,Qingyin CHEN²,Guangping ZHANG¹(

)

1. Shenyang National Laboratory for Materials Science, Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016, China
2. Zhejiang Huadian Equipment Testing Institute Co. Ltd. , Hangzhou 310015, China
3. Key Laboratory for Anisotropy and Texture of Materials, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, China

引用本文:

宋竹满,李瑞,钱苗,史文博,钱科,马恒,陈庆吟,张广平. 基于8.8级螺栓疲劳性能的预紧力优化[J]. 材料研究学报, 2019, 33(8): 629-634.
Zhuman SONG, Rui LI, Miao QIAN, Wenbo SHI, Ke QIAN, Heng MA, Qingyin CHEN, Guangping ZHANG. Optimizing Prestress of Fatigue Property-dominated 8.8-grade Bolts[J]. Chinese Journal of Materials Research, 2019, 33(8): 629-634.

全文: PDF(7436 KB) HTML

摘要:

测量了8.8级螺栓的拉伸性能，根据螺栓材料的强度极限和屈强比研究了预紧力分别为强度的10%、30%和50%的极限条件下材料的疲劳性能。结果表明，当8.8级螺栓的预紧应力从10%强度极限提高到50%强度极限时，其疲劳极限由370 MPa降低到263 MPa。根据有效应力( $σ ˉ$ )参数法处理预紧应力对8.8级螺栓疲劳曲线的影响，得到了疲劳极限处的有效应力( $σ ˉ 107 = 562.75 M P a$ )。当有效应力 $σ ˉ < σ ˉ 107$ 时预紧的8.8级螺栓不会发生疲劳失效，由此得到了8.8级M6和M27两种螺栓在不同应力比下所对应的最大预紧力和预紧扭矩曲线。

关键词 ：材料失效与保护, 疲劳极限, 有效应力法, 8.8级螺栓, 预紧力

Abstract：

The ratio (σ_s/σ_b) of ultimate tensile strength to yield strength for the 8.8-grade bolt were firstly obtained by tensile tests, and then its fatigue properties under the pre-applied stresses of 10%, 30% and 50% of the ultimate tensile strength were investigated, respectively. The results show that the fatigue limit of 8.8-grade bolt decreases from 370 MPa to 263 MPa with increasing the pre-applied stress from 10% to 50% of the ultimate tensile strength. In addition, the effective stress at fatigue limit was obtained as 562.75 MPa by handling the effect of pre-applied stress on the fatigue S-N curves of the 8.8-grade bolt with the effective stress parameter method. It means that the fatigue failure of 8.8-grade bolt will not happen when the effective stress is lower than 562.75 MPa. Finally, the maximum pre-applied stresses and pre-load torque curves corresponding to the 8.8-grade M6 and M27 bolts at different stress ratios were given.

Key words： materials failure and protection fatigue strength effective stress 8.8-grade bolts prestress

收稿日期: 2019-01-21

ZTFLH:

TM752

基金资助:国网浙江省科技项目(No. 5211HD180005)

作者简介: 宋竹满，男，1985年生，助理研究员

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https://www.cjmr.org/CN/10.11901/1005.3093.2019.073 或 https://www.cjmr.org/CN/Y2019/V33/I8/629

图1 8.8级螺栓拉伸与疲劳试样尺寸示意图

表1 8.8级螺栓的化学成分

图2 8.8级螺栓的金相组织

图3 8.8级螺栓拉伸工程应力-应变曲线

图4 8.8级螺栓在不同预紧应力下的S-N曲线

图5 不同预紧应力下8.8级螺栓疲劳断口的扫描电镜照片

图6 有效应力参数-疲劳寿命关系曲线

图7 对应于螺栓服役107周的预紧应力(σ0107)与强度极限(σb)之比和预紧扭矩与应力比(R)的关系曲线

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