高强螺栓脆性断裂研究及实例分析

《高强螺栓脆性断裂研究及实例分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、高强螺栓脆性断裂研究及实例分析摘要:本文简要回顾了高强螺栓的发展历程，介绍了当前高强螺栓研究的现状及动态，总结了钢材脆性断裂理论、脆性断裂的影响因素及高强螺栓的断裂分析。关键词：高强螺栓；脆性断裂；ResearchonBrittleFractureofHighStrengthBoltandAnalysisbyExampleAbstract:Thearticlebrieflyreviewedthedevelopmentcourseofhighstrengthbolt,introducedthecurrentstatusandtrendsofhighstrengthbolt,andsummar

2、izedthetheoryofbrittlefractureandinfluencedfactorsandthefractureAnalysisofstrengthbolt.Keywords:highstrengthbolt；brittlefracture;0引言我国从1957年起开始研究高强度螺栓及其连接，并首先运用于桥梁。这为我国钢结构采用高强螺栓连接奠定了基础。在以后修建成昆铁路时推广了此项新技术，使高强螺栓连接技术得到了提高和发展。在材料使用方面，我国高强度螺栓制作从开始时使用45号钢和40硼钢材料逐步转变到使用具有更好力学性能和工艺性能的20MnTiB钢。高强度螺栓的应用范围也逐

3、渐广泛，从原来的桥梁结构扩展到各种钢结构、机械结构设备，甚至宇宙飞船、海洋钻井平台的使用。大量各种连接形式的静力试验和疲劳试验，为高强度螺栓连接合理设计提供了可靠的参数。1高强螺栓的研究现状1.1国外现状：美国伊利偌斯大学的RajasekhaaranS．Hair等对单螺栓连接和T字型双螺栓连接进行了试验和理论分析，得出了高强度螺栓的撬力作用会大大降低T字型双螺栓连接的极限承载力和疲劳强度的结论。荷兰的StarkJWB和BijlaardFSK对由高强度螺栓构成的钢框架节点的弯矩一曲率关系进行了研究。意大利学者GiroFaena等对T字型螺栓连接进行了试验分析。并总结了影响高强度螺栓预拉力的主

4、要因素。另外，美国的YangJun和DewoIfJohn．T则对高强度螺栓预拉力的松弛现象进行了探索。1.2国内现状：螺栓端板连接的节点性能研究；高强度螺栓抗滑移系数、屈服强度和极限承载力的试验研究；高温下高强度螺栓受力性能的实验和理论研究；高强度螺栓疲劳断裂分析及寿命估算；对高强度螺栓以ANSYS有限元软件为研究手段，进行各种受力模拟、分析；对高强螺栓螺纹形式、螺纹根部应力集中、螺纹牙根圆角半径的研究；对高强螺栓钢以高设计应力、轻量化为目标的研究，完善制造工艺、新型功能螺栓、超高强度螺栓钢的研究。2脆性断裂理论及影响因素2.1脆性断裂理论螺栓的破坏通常可分为塑性和脆性两种形式。其中脆性破

5、坏是结构极限状态中最危险的破坏形式之一。这主要是它的发生往往是很突然、没有明显的塑性变形，而且构件破坏时的承载能力很低。脆性断裂是指钢材或钢结构在低名义应力(低于钢材屈服强度或抗拉强度)情况下发生的突然断裂破坏。典型的脆性断裂可以表现为沿一定结晶平面的劈裂(解理断裂)和沿晶界的断裂。在承受载荷的金属材料中，当某一部位形成了裂纹核之后，它们会进一步聚集长大，当裂纹达到某一临界尺寸时，将会发生解理断裂。在一般情况下，首先在承受载荷材料的缺口根部出现应力集中和应变集中，形成塑性区。当应力达到临界应力f时，便会产生解理裂纹的扩展，在扩展过程中将前方裂纹核连成一片，最后导致解理断裂。螺栓的脆性断裂通

6、常具有以下特征：①破坏时的应力常小于钢材的屈服强度fy，有时仅为fy的0.2倍。②破坏之前没有显著变形，吸收能量很小，破坏突然发生，无事故先兆。③断口平齐光亮2.2脆性断裂的原因1材质缺陷当钢材中碳、硫、磷、氧、氮、氢等元素的含量过高时，将会严重降低其塑性和韧性，脆性则相应增大。钢中碳元素含量增高会使钢的脆性转变温度升高。随着含碳量的增加，钢的最大恰贝冲击值显著降低。恰贝冲击值与试验温度曲线梯度趋于缓慢，而脆性转变温度显著升高，钢中磷含量的增加使晶界断裂应力降低，脆性转变温度升高，钢中含0．1％以上的磷就会引起晶界断裂应力降低。磷对钢脆性转变温度影响随磷含量增加，钢脆性转变温度升高，硫与磷

7、的存在对钢的断裂韧性起有害作用。随硫、磷的含量的增加，钢的K1C值下降。硫、磷含量增加使该钢K1C降低，硫危害性更大。钢中锰元素的存在对改善其脆性性能有一定帮助，随锰与碳之比值提高，碳、磷有害作用下降，钢的脆性转变温度显著降低。硫、磷降低钢的断裂韧性的原因，主要有两点：①偏聚于原始奥氏体晶界，促使品界脆化；②硫化学反应生成MnS在基体中形成脆性微裂纹起源核心，使微裂纹成核源增加，导致脆断容易发生。减少钢中硫、磷含量是改善