0 引言

螺栓作為最常用的零部件被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但是如果選擇不合適或者擰緊工藝不合理，則會(huì)出現(xiàn)螺栓斷裂的風(fēng)險(xiǎn)，一旦失效，可能造成機(jī)器失效，財(cái)產(chǎn)損失，甚至可能出現(xiàn)人員傷亡等嚴(yán)重后果

。目前國(guó)內(nèi)對(duì)螺栓斷裂問(wèn)題主要研究方向?yàn)槠跀嗔?/p>

、螺栓氫脆斷裂

和原材料缺陷斷裂

等幾個(gè)方面。但是對(duì)螺栓相對(duì)塑性變形的研究較少，本文借助VDI2230

主要介紹了螺栓相對(duì)塑性變形的計(jì)算方法。VDI2230是德國(guó)工程師協(xié)會(huì)發(fā)布的螺栓評(píng)估指南，主要用來(lái)計(jì)算校核高強(qiáng)度螺栓連接的可靠性，此方法用于工程實(shí)踐已超過(guò)25年，并被廣泛認(rèn)可和引用。通過(guò)分析該螺栓的相對(duì)塑性變形，確定該螺栓的斷裂原因，可對(duì)后續(xù)螺栓的改進(jìn)和預(yù)防提供理論依據(jù)，防止同類(lèi)故障再次發(fā)生，從而提高發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性

。

1 故障背景

某大型發(fā)動(dòng)機(jī)在耐久試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生螺栓斷裂，斷裂位置為螺紋璇合的第一扣，拆檢后排查了螺栓材料、金相、加工工藝等，螺栓自身沒(méi)有質(zhì)量問(wèn)題。在分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)螺栓為非全螺紋和細(xì)腰螺栓，螺紋部分較短，同時(shí)注意到螺栓為轉(zhuǎn)角法擰緊至屈服，所以又從螺栓擰緊工藝著手分析

，螺栓擰緊至屈服后螺栓會(huì)發(fā)生塑性變形，塑性變形會(huì)發(fā)生在螺栓的薄弱區(qū)域，對(duì)于非細(xì)腰螺栓，即發(fā)生在未璇合的螺紋段，但是該螺栓的螺紋長(zhǎng)度比較短，擰至屈服后會(huì)存在相對(duì)塑性變形過(guò)大的問(wèn)題，后經(jīng)分析，該螺栓斷裂的主要原因就是擰緊后相對(duì)塑性變形大。下面詳細(xì)介紹故障的排查過(guò)程和螺栓相對(duì)塑性變形的評(píng)估方法。

該發(fā)動(dòng)機(jī)中間齒輪軸及螺栓的連接結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為圖1所示結(jié)構(gòu)，一顆螺栓穿過(guò)中間齒輪軸和齒輪室，擰緊至機(jī)體上。擰緊后中間齒輪軸與齒輪室和機(jī)體成為一個(gè)整體保持固定，中間齒輪繞中間齒輪軸旋轉(zhuǎn),螺栓主要作用是螺栓軸力產(chǎn)生摩擦力抵抗齒輪的徑向力。螺栓規(guī)格為M22×2.5 10.9級(jí)，材料為42CrMo，彈性模量為208GPa，螺栓總長(zhǎng)度180mm，螺栓光桿長(zhǎng)度124mm，螺栓光桿直徑約為φ22mm，螺栓螺紋旋合長(zhǎng)度30mm，螺栓未璇合螺紋長(zhǎng)度26mm，螺栓頭部摩擦外徑φ39.8mm。中間齒輪軸材料為42CrMo,彈性模量為208GPa，螺栓孔直徑φ23mm，螺栓孔倒角C1mm，螺栓頭部摩擦內(nèi)徑φ25mm，螺栓頭部平均摩擦直徑φ32.4mm。齒輪室材料為HT250, 彈性模量為117GPa。機(jī)體材料RT450，彈性模量為144GPa。螺栓擰緊工藝為(200Nm±20Nm)+(180°±10°)。螺栓斷裂示意圖如圖2、圖3、圖4所示。

2 螺栓材料及斷口分析

針對(duì)該螺栓斷裂問(wèn)題，首先對(duì)螺栓的斷口和材料進(jìn)行了分析。將螺栓沿裂紋處打開(kāi)，可見(jiàn)明顯貝紋線(xiàn)，為典型的疲勞斷裂特征，通過(guò)斷口分析該斷裂為疲勞斷裂，斷口的疲勞源位于螺牙牙槽處，螺栓斷口圖片如圖5所示。

其次對(duì)螺栓的金相、硬度、工藝等進(jìn)行了分析。取斷口剖面進(jìn)行金相檢查，腐蝕后金相組織如圖6所示，螺栓未見(jiàn)夾雜物、原始裂紋等缺陷。螺栓材料為42CrMo，強(qiáng)度要求10.9級(jí)，螺栓需調(diào)質(zhì)處理保證強(qiáng)度，調(diào)質(zhì)后螺栓金相組織應(yīng)為回火索氏體。從腐蝕后的結(jié)果看，螺栓金相組織均勻，金相組織為回火索氏體+極少量鐵素體，螺牙未見(jiàn)明顯氧化脫碳現(xiàn)象，螺栓材料本身無(wú)問(wèn)題。

然后又對(duì)螺紋的成型工藝進(jìn)行了分析，機(jī)加工螺紋材料流線(xiàn)可能會(huì)被破壞，且刀痕易形成應(yīng)力集中

，所以機(jī)加工螺紋易產(chǎn)生疲勞源，材料相同的情況下機(jī)加工螺栓疲勞強(qiáng)度會(huì)低于非機(jī)加工螺紋的疲勞強(qiáng)度。對(duì)于高強(qiáng)度螺栓，螺紋通常要求為非機(jī)加工成型，通常采用滾絲或搓絲工藝。通過(guò)滾絲或搓絲等擠壓方式成型的螺栓，材料流線(xiàn)完整，且表面沒(méi)有刀痕，螺栓的疲勞強(qiáng)度優(yōu)于機(jī)加工螺紋的疲勞強(qiáng)度。通過(guò)觀(guān)察螺紋金相，牙頂及牙槽可見(jiàn)明顯的顯微流線(xiàn)。同時(shí)對(duì)螺栓廠(chǎng)家進(jìn)行工藝審查，確定該螺栓的成型工藝為滾絲成型。螺栓的主要加工工藝流程為：下料→墩頭→調(diào)質(zhì)→噴砂→探傷→滾絲→磷化→檢驗(yàn)→入庫(kù)。螺紋的成型工藝沒(méi)有問(wèn)題。

社會(huì)治理系統(tǒng)由多元社會(huì)治理主體構(gòu)成，不同主體之間的相互聯(lián)系和相互作用構(gòu)成了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。這表明，在系統(tǒng)治理模式中，多元主體中的多元不是孤立的而是互相關(guān)聯(lián)的。堅(jiān)持系統(tǒng)治理，就要從社會(huì)治理系統(tǒng)諸要素的關(guān)聯(lián)性出發(fā)去把握對(duì)象，且在目標(biāo)一致的合作共建、協(xié)同共治中，不斷提高社會(huì)治理的能力和水平。

對(duì)螺栓強(qiáng)度進(jìn)行分析，螺栓芯部硬度約為36.0HRC，10.9級(jí)螺栓硬度要求(32～39)HRC，螺栓硬度滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。螺栓硬度測(cè)量結(jié)果如圖7所示。

通過(guò)對(duì)螺栓的金相、成型工藝、強(qiáng)度等分析，確認(rèn)螺栓材料及成型工藝等無(wú)問(wèn)題，同時(shí)螺栓無(wú)原始缺陷。最終確認(rèn)該螺栓斷裂故障非螺栓質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致。

3 螺栓塑性變形分析

材料及斷口分析完成后，又從螺栓的擰緊工藝角度出發(fā)分析，該螺栓的擰緊工藝為轉(zhuǎn)角法擰至屈服，擰至屈服意味著螺栓局部發(fā)生了塑性變形。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)螺栓螺紋較短，光桿部分較長(zhǎng)，螺紋除去璇合部分，剩余未璇合部分較小，擰至屈服后，螺栓的塑性變形發(fā)生在未璇合螺紋處，懷疑該故障為螺栓擰緊后相對(duì)塑性變形太大造成的。因此對(duì)螺栓的相對(duì)塑性變形展開(kāi)分析和計(jì)算。

對(duì)于10.9級(jí)的螺栓。屈服強(qiáng)度Rp

大約為940MPa-1070MPa，接觸面的摩擦系數(shù)μ按照0.08-0.14計(jì)算，螺栓計(jì)算相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表1。

針對(duì)該問(wèn)題，為了考慮全面，分別計(jì)算最大的塑性變形量和最小的塑性變形量。

最大塑性變形量出現(xiàn)在當(dāng)螺栓屈服強(qiáng)度Rp

為940MPa時(shí)，并且摩擦系數(shù)最小為0.08，第一步擰緊時(shí)擰到220Nm，第二步擰緊到190°。此時(shí)螺栓出現(xiàn)最大塑性變形。

最小塑性變形量出現(xiàn)在當(dāng)螺栓屈服強(qiáng)度Rp

為1070MPa時(shí)，并且摩擦系數(shù)最大為0.14，第一步擰緊時(shí)擰到180Nm，第二步擰緊到170°。此時(shí)螺栓出現(xiàn)最小塑性變形。

螺栓擰至屈服時(shí)，螺栓可以達(dá)到的最大等效應(yīng)力約為1.05倍的屈服強(qiáng)度。

土壤生態(tài)環(huán)境也具一定抗風(fēng)險(xiǎn)能力。其土壤微生物可促進(jìn)Bt蛋白的降解。從轉(zhuǎn)Cry1Ac基因水稻種植田土壤中得到降解Cry1Ac蛋白的細(xì)菌FJSB3，為寡養(yǎng)單胞菌(Stenotrophomonas sp.)，4 d內(nèi)水稻秸稈中Cry1Ac蛋白降解率達(dá)到92. 86%[5-6]。新疆阿克蘇鹽堿地土壤細(xì)菌資源豐富，已分離培養(yǎng)鹽堿地土壤中的細(xì)菌103株[7]，但目前新疆棉田Cry1Ac蛋白的降解研究鮮有報(bào)導(dǎo)。因此對(duì)Cry1Ac毒蛋白的降解細(xì)菌進(jìn)行篩選和鑒定將可對(duì)長(zhǎng)期種植轉(zhuǎn)Bt棉田土壤的生態(tài)治理提供參考。

計(jì)算過(guò)程需要用到螺栓及被連接件的剛度，螺栓剛度等于柔度的倒數(shù)，螺栓柔度可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式分段求出然后求和得到：

螺栓頭部柔度：

螺栓光桿部分柔度：

螺栓未旋合螺紋柔度：

螺栓旋合螺紋柔度：

2型糖尿病是糖尿病最常見(jiàn)的一種類(lèi)型，以血糖升高為主要特點(diǎn)，據(jù)一項(xiàng)報(bào)道顯示，目前全球約有4億人患有糖尿病，而我國(guó)糖尿病患者居于世界之首[1] 。2型糖尿病多發(fā)生于中老年人群，而隨著我國(guó)人口老齡化的趨勢(shì)，老年2型糖尿病的患者數(shù)較以往明顯增多，需要積極治療[2] 。近年來(lái)筆者將護(hù)理干預(yù)應(yīng)用于社區(qū)老年2型糖尿病患者之中，取得了理想的效果，現(xiàn)報(bào)道如下。

根據(jù)VDI 2330可得：

E為螺栓彈性模量，MPa

L

為未旋合螺紋長(zhǎng)度，mm

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)采用二進(jìn)制編碼更適合，遺傳算法中染色體中的基因位用0和1表示，每個(gè)開(kāi)關(guān)占據(jù)一個(gè)基因位，一條染色體則對(duì)應(yīng)一種開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)。

d為螺栓大徑，mm

A

為螺栓大徑對(duì)應(yīng)的截面積，mm

L

為光桿長(zhǎng)度，mm

A

為光桿對(duì)應(yīng)截面積，mm

E

為內(nèi)螺紋的彈性模量，MPa

A

為螺栓小徑對(duì)應(yīng)截面積，mm

通過(guò)計(jì)算可得螺栓柔度為：

從機(jī)身卡口上拆下鏡頭，在相機(jī)前旋轉(zhuǎn)并前后調(diào)整位置（50mm鏡頭屢試不爽）。使用M擋，手動(dòng)對(duì)焦和實(shí)時(shí)取景。

對(duì)于被連接件的剛度，由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要借助有限元進(jìn)行計(jì)算，在中間齒輪軸端面，與螺栓法蘭面相等的區(qū)域內(nèi)，施加3000N的軸力，然后計(jì)算中間齒輪軸的變形量，有限元計(jì)算結(jié)果如圖8所示。在軸向方向的變形量為9.61×10

mm，根據(jù)力和變形量，計(jì)算得到軸及齒輪等總體剛度為：

最大塑性變形量出現(xiàn)在當(dāng)螺栓屈服強(qiáng)度Rp

為940MPa時(shí)，并且摩擦系數(shù)最小為0.08，第一步擰緊時(shí)擰到220Nm，第二步擰緊到190°。此時(shí)螺栓出現(xiàn)最大塑性變形。

在已知擰緊力矩M的情況下，計(jì)算軸力：

其中：

M為擰緊力矩/Nm

熔化燃燒系統(tǒng)設(shè)備包括豎爐、保溫爐、上下溜槽、撇渣槽及中間包(如圖1)。SCR4500連鑄連軋生產(chǎn)線(xiàn)熔化燃燒系統(tǒng)是以天然氣為燃料，采用預(yù)混型燃燒系統(tǒng)，由鼓風(fēng)機(jī)向此系統(tǒng)輸送助燃空氣，混合成適當(dāng)比例的空氣與燃料，通過(guò)系統(tǒng)各設(shè)備上燃燒噴槍噴入，實(shí)現(xiàn)銅原料的熔化處理及保溫作用，使銅液達(dá)到澆鑄要求。其系統(tǒng)由燃料及助燃空氣系統(tǒng)、混合燃燒系統(tǒng)、CO 分析儀系統(tǒng)、PLC可編程控制器系統(tǒng)組成。

P為螺距/mm

對(duì)巡檢的行走路徑進(jìn)行管理，既可以考核設(shè)備主人巡線(xiàn)過(guò)程的到位情況、巡線(xiàn)時(shí)間、巡線(xiàn)速度、巡檢信息采集，也可以將多次的軌跡進(jìn)行管理，制定山區(qū)桿塔的導(dǎo)航路徑，為不熟悉桿塔路徑的其他人員，提供數(shù)據(jù)支撐。

μ為摩擦系數(shù)

δ=δ

+δ

+δ

+δ

=2.47×10

mm/N

d

為螺栓中徑/mm

明治時(shí)期是日本從封建社會(huì)步入近代社會(huì)的開(kāi)端，更是國(guó)家在科學(xué)技術(shù)、社會(huì)文化、思想意識(shí)等經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和上層建筑兩方面獲得急速發(fā)展的時(shí)期，對(duì)明治文學(xué)的研究，不但可以使我們進(jìn)一步明晰明治文學(xué)的本質(zhì)，通過(guò)文學(xué)進(jìn)一步了解日本近代政治思想體系和歷史文化變遷乃至近代國(guó)家的發(fā)展脈絡(luò)。對(duì)明治的借鑒可以使我們從多角度思考本國(guó)乃至世界文化的發(fā)展，為人類(lèi)共同體的構(gòu)建提供可行的思路。因此，明治文學(xué)研究很有必要。

為使軟件系統(tǒng)更加完善,需要強(qiáng)化系統(tǒng)試運(yùn)行期間的測(cè)試工作，以讓操作者得到更滿(mǎn)意的體驗(yàn)感受，在得到用戶(hù)比較認(rèn)可的方案后，還需要根據(jù)用戶(hù)的操作感受及時(shí)反饋進(jìn)行修改完善。

D

為螺栓頭部摩擦直徑/mm

前段時(shí)間，全國(guó)多地遭遇歷史罕見(jiàn)高溫悶熱天氣。就在大家想辦法避暑時(shí)，中農(nóng)控股有這樣一群人，頭頂烈日，在海拔將近3000米的鉀肥生產(chǎn)基地，揮汗如雨，默默付出。

計(jì)算螺栓擰緊220Nm時(shí)產(chǎn)生的變形。

螺栓產(chǎn)生的軸力為：

計(jì)算螺栓旋轉(zhuǎn)190°時(shí)產(chǎn)生的變形。

第一步的時(shí)候螺栓仍處于彈性階段，第一步螺栓產(chǎn)生的變形為：

目前，城市軌道交通應(yīng)急疏散系統(tǒng)的指揮引導(dǎo)，主要依賴(lài)指示標(biāo)志與標(biāo)志燈來(lái)實(shí)施。但該系統(tǒng)存在技術(shù)缺陷和條件限制，因此亟需采用更好的技術(shù)手段來(lái)進(jìn)行突發(fā)事件時(shí)的應(yīng)急疏散指揮與引導(dǎo)，以盡可能減少事件發(fā)生時(shí)造成的人員傷害。大功率參量陣定向揚(yáng)聲器的技術(shù)較為成熟，為解決上述問(wèn)題提供了有效的技術(shù)手段。

由于螺栓不是單純的受拉伸，擰緊力矩作用下，螺栓擰緊后有切應(yīng)力的存在。

83287.7N

螺栓最終的等效正應(yīng)力大約為：

σ

≈1.05×Rp

.2=1.05×940=987MPa

12T-103菌株菌落的形態(tài)特征為菌淡黃色，不透明，邊緣有一圈不規(guī)則裂紋，中央凸起(見(jiàn)圖4)，菌體特征為桿狀，產(chǎn)生內(nèi)生芽孢(見(jiàn)圖4)。革蘭氏染色為陽(yáng)性，接觸酶反應(yīng)為陽(yáng)性(見(jiàn)表1)。這表明12T-103菌株屬于芽孢桿菌屬(Bacillus)。此外，利用細(xì)菌16S rDNA通用引物擴(kuò)增12T-103菌株總DNA，擴(kuò)增產(chǎn)物長(zhǎng)度約1. 5 kb，將測(cè)序結(jié)果與NCBI進(jìn)行同源比較得出12T-103菌株與Bacillus subtilis(登錄號(hào)KC441788.1)同源性為100%。由此鑒定12T-103菌株為枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis)。

其中：

Comparison between the situations of climate change in the Arctic stratosphere during December and

其中d

為應(yīng)力截面直徑(非細(xì)腰螺栓中，若是細(xì)腰螺栓，且光桿直徑小于應(yīng)力截面直徑，則d

為最細(xì)桿部直徑)

根據(jù)第四強(qiáng)度理論：

可以解得：

τ

=190.18MPa

σ

=930.41MPa

所以螺栓最終的軸力為：

第二步螺栓和被連接件(軸和齒輪室)總的變形為：

由于此時(shí)螺栓已進(jìn)入屈服階段，所以不能用螺栓的剛度計(jì)算螺栓的變形，但是被連接件還未達(dá)到屈服，可以先計(jì)算被連接件(軸和齒輪室)的變形。

Δs

=Δs

-Δs

=1.256mm

螺栓產(chǎn)生的總變形為：

Δs

=Δs

+Δs

=1.462mm

計(jì)算螺栓可以發(fā)生的總的彈性變形量。

當(dāng)螺栓正應(yīng)力為940MPa時(shí)，螺栓達(dá)到最大的彈性變形量，所以螺栓可以產(chǎn)生最大彈性變形量為：

計(jì)算螺栓塑性變形量及相對(duì)塑性變形率。

Δs

=Δs

-Δs

=1.462-0.705=0.757mm

由于桿部直徑大于應(yīng)力截面直徑，所以該螺栓的塑性變形發(fā)生在未旋合的螺紋處，該螺栓未旋合部分螺紋長(zhǎng)度為26mm。則相對(duì)塑性變形量為：

通過(guò)上述計(jì)算分析，螺栓最大的相對(duì)塑性變形量為2.91%。按照同樣的方法，可以計(jì)算出螺栓的最小相對(duì)塑性變形量為1.532%。平均相對(duì)塑性變形量為2.221%，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，螺栓的相對(duì)塑性變形量應(yīng)控制在0.6%以下，0.6%是相對(duì)安全的使用范圍，目前平均相對(duì)塑性變形量為2.221%，存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。針對(duì)相對(duì)塑性變形量大的問(wèn)題，改進(jìn)方案為將螺栓改為全螺紋結(jié)構(gòu)，這樣可以有效加長(zhǎng)可以發(fā)生塑性變形的長(zhǎng)度，降低相對(duì)塑性變形量。改進(jìn)后螺紋總長(zhǎng)度為180mm，璇合長(zhǎng)度為30mm，未璇合的螺紋長(zhǎng)度為150mm，塑性變形可以發(fā)生在150mm的螺紋上，較之前26mm有大幅度提高，改進(jìn)后最大相對(duì)塑性變形約為0.5%(未重新計(jì)算剛度，根據(jù)之前塑性變形量估算)，改進(jìn)后該問(wèn)題得到有效解決。

4 總結(jié)

對(duì)于未使用到屈服的螺栓，不存在屈服的區(qū)域，所以不用考慮相對(duì)塑性變形量對(duì)螺栓可靠性的影響，設(shè)計(jì)時(shí)也無(wú)需采用全螺紋或細(xì)腰螺栓來(lái)降低相對(duì)塑性變形量。

對(duì)于需要用到屈服的螺栓，螺栓薄弱區(qū)域會(huì)進(jìn)入屈服狀態(tài)，如果薄弱區(qū)域長(zhǎng)度較小，可以發(fā)生塑性變形的區(qū)域就會(huì)較小，這樣相對(duì)塑性變形量就會(huì)較大，相對(duì)塑性變形量大螺栓斷裂風(fēng)險(xiǎn)就會(huì)較大。因此我們應(yīng)該減小螺栓的相對(duì)塑性變形量，要加長(zhǎng)發(fā)生塑性變形的區(qū)域，常用措施為全螺紋螺栓或者細(xì)腰螺栓，全螺紋螺栓整個(gè)桿部剛度相同，當(dāng)擰緊至屈服時(shí)，螺栓的塑性變形會(huì)發(fā)生在未璇合的螺紋處，這樣可以有效降低相對(duì)塑性變形量。另一措施是采用細(xì)腰螺栓，細(xì)腰處直徑要小于螺栓螺紋的等效應(yīng)力截面直徑，這樣螺栓首先在細(xì)腰處發(fā)生塑性變形，這樣也可以有效降低螺栓的相對(duì)塑性變形量。全螺紋在加工時(shí)相對(duì)容易，而且全螺紋螺栓可以達(dá)到的軸力比細(xì)腰螺栓可以達(dá)到的軸力大，綜合考慮，在螺栓需要擰至屈服的情況下，通常建議直接采用全螺紋螺栓，可以有效提高螺紋連接的可靠性。通過(guò)對(duì)該故障的分析，已認(rèn)識(shí)到相對(duì)塑性變形量對(duì)螺栓可靠性的影響，在工程應(yīng)用時(shí)建議通過(guò)調(diào)整塑性變形區(qū)域的長(zhǎng)度，將螺栓的相對(duì)塑性變形量應(yīng)盡量控制到0.6%以下，避免螺栓因?yàn)樗苄宰冃问А?/p>

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