紧固件的疲劳
紧固件的疲劳
二、疲劳旳特征
对于螺栓，其失效形式主要是螺纹部分旳塑性形变和螺 杆旳疲劳断裂
其中： 65%旳破坏发生在与螺母联接旳第一种螺牙； 20%旳破坏发生在螺纹与光杆旳转变处； 15%旳破坏发生在螺栓头与螺杆过渡圆角处。
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三、提升紧固件疲劳强度旳措施
提升紧固件疲劳强度主要措施有下列三种： 1、经过优化设计减小应力集中 2、改善制造工艺 3、设置合适旳预紧力
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3.1 优化设计减小应力集中
严格控制螺栓旳收尾尺寸消除应力集中，如下图所示： a、采用较大旳过渡圆角 b、切制卸荷槽 c、螺纹收尾处切制退刀槽
8
3.1 优化设计减小应力集中
优化螺栓旳头下倾角也能够有效降低应力集中
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3.1 优化设计减小应力集中
采用加强型旳螺纹 加强型螺纹与普通螺纹旳主要区别在外螺纹旳小径d1和牙根过渡圆角R,加强型螺 纹旳主要特点是小径d1较普通螺纹大些,牙根过渡圆角半径增R大,减小螺栓旳应力 集中，且对R有具体要求 Rmax=0.18042P，Rmin=0.15011P，其中P为螺距
其中热处理时还应预防脱碳现象旳发生，对比无表面脱碳和有表面 脱碳情况下螺栓旳疲劳强度。脱碳层因为碳被氧化，金相组织其渗碳体 （Fe3C）旳数量较正常组织少，所以在力学性能上其强度或硬度较正常 组织低。一般存在表面脱碳情况下螺栓旳疲劳强度下降19.8%。
1
3.2 改善制造工艺
磷化 螺栓表面磷化处理是为了防锈及稳定装配时旳劳旳特征 三、提升紧固件疲劳旳途径
2
一、疲劳旳简介
疲劳是指材料，零件和构件在循环加载下，在某点或者 某些点产生永久旳局部性损伤，并在一定旳循环次数后形成 裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂旳现象。 疲劳旳特点 1、只有在交变应力作用下，疲劳才会发生。 2、破坏起源于高应力，高应变旳局部。 3、疲劳损伤旳成果是形成裂纹
螺栓疲劳sn寿命曲线_解释说明以及概述
螺栓疲劳sn寿命曲线解释说明以及概述1. 引言1.1 概述螺栓是一种常用的紧固件，在许多工程领域中扮演着重要的角色。
在使用过程中，螺栓经常受到反复加载和卸载的力作用，这可能导致螺栓出现疲劳断裂。
因此，对于螺栓的疲劳性能和寿命进行准确的评估就显得尤为重要。
本文将着重介绍螺栓疲劳SN寿命曲线，该曲线是描述螺栓在不同应力水平下的寿命特性。
通过分析SN曲线，我们可以了解不同应力水平下螺栓发生疲劳断裂的寿命情况，并且进一步对其进行预测和评估。
1.2 文章结构本文共包括五个部分。
引言部分主要对文章进行概述，并介绍了后续各个章节的内容。
第二部分将详细介绍螺栓疲劳SN寿命曲线，包括其基本概念、意义以及影响因素。
第三部分将探讨SN曲线测定方法，涉及实验装置简介、数据收集与处理以及曲线拟合与分析。
第四部分将通过应用与实例分析，展示螺栓寿命预测方法在工程中的应用，并对实际工程案例进行详细分析。
最后，第五部分将对研究成果进行总结回顾，并评估和展望螺栓疲劳SN寿命曲线的应用价值。
1.3 目的本文旨在全面介绍螺栓疲劳SN寿命曲线，包括其定义、解释和影响因素。
同时，还将讨论测定SN曲线的实验方法，并通过实际工程案例对其应用进行分析。
希望通过本文的研究，在工程领域中更好地理解和应用螺栓疲劳SN寿命曲线，以提高螺栓使用安全性和可靠性。
2. 螺栓疲劳SN寿命曲线2.1 螺栓疲劳寿命介绍螺栓作为一种常用的连接元件，在工程实践中承受着重要的载荷。
然而，长期受到动力载荷作用后，螺栓可能会出现疲劳损伤，导致其失效。
因此，了解和预测螺栓的疲劳寿命是至关重要的。
2.2 SN曲线解释说明SN曲线是一种常见的描述螺栓疲劳寿命特性的图形曲线。
在这个曲线上，横轴表示应力幅值或应力范围(S)，纵轴表示循环次数(N)。
通过对大量试验数据进行分析和统计，得到了一系列代表不同材料、尺寸和工况条件下的SN曲线。
SN曲线可以清晰地展示出螺栓在不同应力水平下所能承受的循环次数。
螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准
螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准今天我们要探讨的是螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准。
作为机械设计与制造领域中的重要内容，螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准在工程实践中扮演着至关重要的角色。
本文将从整体概念、重要性、标准制定和实验方法等多个角度展开全面评估，旨在帮助大家更深入地理解这一主题。
1. 概念介绍螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准指的是对螺纹紧固件在受轴向载荷作用下的疲劳性能进行评估的标准化测试方法。
螺纹紧固件作为机械装配中常用的连接元件，其轴向载荷疲劳性能直接关系到整个装配的安全可靠性。
开展相应的疲劳试验具有重要意义。
2. 重要性螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准的制定和执行对于保障机械装配的安全运行具有重要意义。
通过对螺纹紧固件进行轴向载荷疲劳试验，可以评估其在实际工作条件下的使用寿命和疲劳强度，从而为工程设计和实际应用提供重要参考依据。
另外，经过标准化测试的螺纹紧固件还可以更好地满足行业标准和法规的要求，提高产品的市场竞争力。
3. 标准制定目前，国际上对于螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准已经有了比较完善的体系，例如ISO、ASTM等国际标准组织都发布了相关的标准文件。
在国内，由我国标准化研究院等单位也陆续发布了相关的国家标准。
这些标准文件一般包括试验设备、试验方法、试验条件、试验结果评定等内容，为实验人员提供了规范和指导。
4. 实验方法螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验的核心在于开发合适的实验方法。
一般来说，实验方法包括试样的准备、载荷施加、试验过程控制、试验数据采集与分析等步骤。
常见的实验方法包括拉伸实验、循环载荷实验等。
通过科学合理的实验方法，可以获取螺纹紧固件在轴向载荷下的疲劳性能指标，如疲劳寿命、疲劳界限等数据，为工程设计提供可靠依据。
总结回顾通过对螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准的全面讨论，我们不难发现其在机械装配中的重要性和必要性。
标准化测试方法的制定和执行对于保障机械装配的安全可靠性具有重要作用，同时也为产品的市场准入和国际贸易提供了便利。
航空紧固件疲劳失效原因及改善措施
航空紧固件疲劳失效原因及改善措施航空紧固件作为飞机结构的重要组成部分，其性能直接关系到飞机的安全性和可靠性。
紧固件的疲劳失效是航空领域常见的问题之一，它通常是由多种因素共同作用的结果。
本文将探讨航空紧固件疲劳失效的原因，并提出相应的改善措施。
一、航空紧固件疲劳失效的原因1.1 材料特性航空紧固件的材料特性是影响其疲劳寿命的关键因素之一。
材料的强度、韧性、硬度等物理性能，以及微观结构如晶粒大小、夹杂物、相变等都会对疲劳性能产生影响。
例如，材料的强度越高，其疲劳强度也越高，但韧性可能会降低，这可能导致在高应力循环下更容易发生疲劳断裂。
1.2 制造工艺紧固件的制造工艺也会影响其疲劳性能。
锻造、热处理、表面处理等工艺过程都会改变材料的微观结构和表面状态。
不当的热处理可能导致材料硬度不均匀，增加应力集中的风险。
表面处理如镀层、渗碳等，如果处理不当，可能会引入裂纹源或改变材料的应力分布。
1.3 设计缺陷紧固件的设计缺陷也是导致疲劳失效的原因之一。
设计时未充分考虑应力集中、载荷分布、材料特性等因素，可能会导致紧固件在使用过程中承受不均匀的应力，从而加速疲劳裂纹的萌生和扩展。
1.4 环境因素环境因素对紧固件的疲劳性能也有显著影响。
温度、湿度、腐蚀性介质等环境条件会影响材料的性能，加速疲劳失效。
例如，在高温环境下，材料的疲劳强度会降低；在腐蚀性环境中，紧固件表面可能会形成腐蚀产物，增加应力集中，促进裂纹的形成。
1.5 载荷条件紧固件在使用过程中承受的载荷条件是影响其疲劳寿命的重要因素。
循环载荷、冲击载荷、振动等都会对紧固件产生疲劳损伤。
特别是循环载荷，其频率、幅值、波形等参数都会影响疲劳裂纹的萌生和扩展。
1.6 维护不当维护不当也是导致紧固件疲劳失效的原因之一。
缺乏定期检查和维护，未能及时发现和处理紧固件的损伤，可能会导致疲劳裂纹的扩展，最终导致紧固件的断裂。
二、航空紧固件疲劳失效的改善措施2.1 优化材料选择选择合适的材料是提高紧固件疲劳性能的基础。
紧固件的疲劳
螺栓疲劳的影响
螺栓疲劳的影响
减小 W ，选用细而长的螺栓减小螺栓刚度，或增加被连接件的刚度
，以提高疲劳能力。
选用细而长螺栓
螺栓疲劳的影响
不同的螺母设计，疲劳能力不同。
螺栓疲劳的影响
b
x F dx 0 Ab Eb
n
x F dx 0 Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ En
以上式为减少应变，通过 增加螺纹长度，使应力分配 其它螺纹处，以减小前面螺纹 受力，达到提高疲劳 能力。
1.指数函数公式： N.ea s C 整理得： lg N a bS
2.幂函数公式： S a N C 整理得： lg N a b lg S
疲劳极限
疲劳极限
Ff Ff Ft
m
Ff
（Ff W )
2 AS
W 2 AS
其中 m为平均应力, Ff 为初始轴向力，W
为外载作用，附加在螺栓载荷，As为应力面积
是通过肉眼，体视镜观察断口样貌的一种方法。 宏观断口
光滑区域与弧线中心
氧化位置为裂纹源区
断口表面的疲劳弧线
是通过扫描电子显微镜，光学显微镜，透视电子显微镜分析的一种方法。 电子显微镜
螺栓断口样貌
断口裂纹源形貌
扩展区宏观
扩展区微观
瞬断区宏观
瞬断区微观
S-N曲线
S-N曲线
104
N 106 107 N 106 107
增加螺纹旋合长度
螺栓疲劳的影响
M8螺栓除外，粗牙更换细牙
螺栓疲劳的影响
连续的金属流线
螺栓疲劳的影响
螺栓表面划伤
螺栓疲劳的影响
滚压与磨削比对试验
螺栓疲劳的影响
头下大圆角的设计，目的减小此处应力集中。
螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准
螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准
螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准是用于评估螺纹紧固件在轴向载荷下的疲劳性能的一套规定和要求。
以下是一般的螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准的内容：
1. 试验样品的制备：确定试验样品的尺寸、材料和表面处理要求，并确保试样的一致性。
2. 轴向载荷施加方式：确定轴向载荷的施加方式，可以通过液压或机械设备施加。
同时，规定载荷的幅值、频率和循环次数等。
3. 试验环境条件：确定试验环境的温度、湿度和气氛等因素，并确保符合要求的环境条件。
4. 试验参数的测量：测量和记录试验过程中的相关参数，如载荷、变形、应力、振动等，以评估试样的疲劳性能。
5. 试验结果的评估：根据试验过程和测量结果，评估试样的疲劳性能。
可以通过疲劳寿命、疲劳强度、疲劳极限等指标来评估。
6. 报告和结果分析：总结试验结果并撰写试验报告，分析疲劳失效的原因，并提出改进建议。
以上是一般螺纹紧固件轴向载荷疲劳试验标准的核心内容。
具
体的试验标准可能因应用领域和行业的不同会有所差异，需要参考相应的标准规范。
紧固件载荷分布计算方法及结构疲劳寿命预测
（３） （４）
( ) Ｃ ＝（ｔ１２＋Ｄｔ２）ａ
ｂ ｎ
１＋ １ ＋１ ＋ １ ｔ１Ｅ１ ｎｔ２Ｅ２ ２ｔ１Ｅｆ ２ｎｔ２Ｅｆ
（５）
Ｋ（ＨｕｔｈＳｃｈｗａｒｍａｎ）
式中：ｎ、ａ和 ｂ为常数，取值如表 １所示。
从半经验公式可以看出：所有的半经验公式都考虑了板
材料弹性模量、板尺寸、紧固件直径和紧固件材料等因素的
第 ４２卷 第 ６期
兵器装备工程学报
２０２１年 ６月
【基础理论与应用研究】
ｄｏｉ：１０．１１８０９／ｂｑｚｂｇｃｘｂ２０２１．０６．０２６
紧固件载荷分布计算方法及 结构疲劳寿命预测
邓 强，赵维涛
（沈阳航空航天大学 航空宇航学院，沈阳 １１０１３６）
摘要：采用非三维有限元模型求解紧固件载荷分布，相比三维有限元模型建模简单，具有较高的计算效率；计算出的
件直径。 Ｓｗｉｆｔ半经验公式［１８］为
( ) Ｃ
＝ ５ ＋０．８ ＤＥｆ
１ ｔ１Ｅ１
＋１ ｔ２Ｅ２
Ｋ（ｓｗｉｆｔ）
＝
１ Ｃ
Ｇｒｕｍｍａｎ半经验公式［１９］为
( ) Ｃ
＝（ｔ１Ｅ＋ｆＤｔ３２）２
＋３．７
１ ｔ１Ｅ１
＋１ ｔ２Ｅ２
Ｋ（Ｇｒｕｍｍａｎ）
＝
１ Ｃ
ＨｕｔｈＳｃｈｗａｒｍａｎ半经验公式［１１］为
针对非三维实体有限元建模方法，本文依托 ＡＢＡＱＵＳ软 件，采用 ２种非三维实体紧固件有限元模型，并对紧固件载
２ 半经验公式
荷分布进行了研究分析，并通过与试验数据和实际工程案例 对比，验证了紧固件有限元模型的有效性和高效性。
紧固件刚度在 载 荷 分 布、强 度 校 核 以 及 疲 劳 分 析 时，都 是极其重 要 的 影 响 因 素。 Ｓｉｄｄａｂａｔｈｕｎｉ［１０］的 研 究 结 果 表 明：
10.9级螺栓的疲劳极限 -回复
10.9级螺栓的疲劳极限-回复螺栓是一种常见的紧固件，用于连接和固定各类物体。
在实际应用过程中，螺栓可能会受到长期的往复负荷，这就会导致疲劳现象的产生。
螺栓的疲劳极限是指其在循环加载下的最大应力值。
要了解10.9级螺栓的疲劳极限，首先我们需要知道10.9级螺栓是什么意思。
螺栓的级别代表了其强度等级，10.9级螺栓是一种高强度合金钢螺栓，其抗拉强度为1000兆帕（MPa），抗剪强度为900兆帕（MPa）。
这种级别的螺栓常用于承受大载荷和高温环境等应用场合。
疲劳极限与螺栓的材料特性、载荷循环数、应力水平以及所处环境等因素有关。
下面，我们将逐步介绍影响10.9级螺栓疲劳极限的主要因素。
首先，螺栓的材料特性是影响疲劳极限的重要因素之一。
高强度合金钢螺栓具有较好的强度和韧性，可以耐受更高的应力水平。
这种材料的化学成分和热处理工艺等也会影响其疲劳性能。
其次，载荷循环数也是影响螺栓疲劳性能的关键因素。
循环加载下的螺栓在每个循环中都会经历应力的变化，这些应力的变化可能会导致螺栓产生微裂纹，最终导致疲劳断裂。
因此，循环加载次数越多，螺栓的疲劳极限就越低。
其次，应力水平也对螺栓的疲劳极限产生重要影响。
螺栓在承受载荷时会受到拉伸、压缩和剪切等多种应力类型的作用。
如果应力水平超过了螺栓的极限承载能力，就容易引发疲劳断裂。
因此，在设计和安装螺栓时，需要确保应力水平不超过其疲劳极限。
最后，环境条件也会对螺栓的疲劳极限产生影响。
例如，高温、腐蚀和振动等环境因素都会加剧螺栓的疲劳损伤程度。
因此，在选择螺栓材料和设计螺栓连接时，需要考虑所处环境的特点。
综上所述，10.9级螺栓的疲劳极限是一个与多种因素相关的复杂问题。
了解螺栓的材料特性、载荷循环数、应力水平以及环境条件等因素，对于合理选择、设计和使用螺栓连接是十分重要的。
在实际应用中，我们应该根据具体情况进行系统评估和分析，以确保螺栓的安全可靠性。
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纹的主要特点是小径d1较普通螺纹大些,牙根过渡圆角半径增R大,减小螺栓的应力
集中，且对R有具体要求 Rmax=0.18042P，Rmin=0.15011P，其中P为螺距 而普通螺纹无此要求,甚至可以为平直段。
加强型螺纹
普通螺纹
1
1
3.2 改善制造工艺
紧固件的制造过程
原材料 → 退火拉丝 → 冷镦 → 热处理 → 磷化 → 滚丝→ 表面处理
其中对以下工艺加强控制可以有效提高螺栓的疲劳
冷镦 → 热处理 → 磷化 → 滚丝
1
3.2 改善制造工艺
热处理
螺栓先热处理后滚丝成型，这样在螺栓的内部产生较大的残余压应 力，从而减缓裂纹的形成及发展，因而提高螺栓的疲劳强度
3
一、疲劳的简介
疲劳失效是疲劳损伤积累的结果，经历了三个阶段 裂纹形成→裂纹扩展→瞬时断裂
疲劳断口分为两个区
疲劳区（光滑区） 脆断区（粗糙区）
4
二、疲劳的特征
疲劳断裂具有下材料的强度极限低，甚 至比屈服极限低
2、疲劳断口均为无明显塑性形变的脆断性突然断裂 3、疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果
5
二、疲劳的特征
对于螺栓，其失效形式主要是螺纹部分的塑性形变和螺 杆的疲劳断裂
其中： 65%的破坏发生在与螺母联接的第一个螺牙； 20%的破坏发生在螺纹与光杆的转变处； 15%的破坏发生在螺栓头与螺杆过渡圆角处。
6
三、提高紧固件疲劳强度的方法
提高紧固件疲劳强度主要方法有以下三种：
1、通过优化设计减小应力集中
轮螺纹和螺丝螺纹之间的摩擦力，这对滚丝后螺栓螺纹上的
应力分布及降低螺纹表面粗糙度都将产生积极作用。
1
3.3 设置适当的预紧力
普通螺栓联接的螺杆拉力主要被最前面的三牙受力螺纹 承受．当初始预紧力足够大时．会使部分螺纹根部局部进入 塑性变形，同时在这些螺纹根部产生残余应力。螺纹根部产 生的残余压应力，能提高螺纹的疲劳强度。
其中热处理时还应防止脱碳现象的发生，对比无表面脱碳和有表面 脱碳情况下螺栓的疲劳强度。脱碳层由于碳被氧化，金相组织其渗碳体 （Fe3C）的数量较正常组织少，因此在力学性能上其强度或硬度较正常 组织低。通常存在表面脱碳情况下螺栓的疲劳强度下降19.8%。
1
3.2 改善制造工艺
磷化 螺栓表面磷化处理是为了防锈及稳定装配时的摩擦。但 是磷化处理同时也可起到减磨作用。在滚丝过程中降低滚丝
2、改善制造工艺
3、设置适当的预紧力
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3.1 优化设计减小应力集中
严格控制螺栓的收尾尺寸消除应力集中，如下图所示： a、采用较大的过渡圆角 b、切制卸荷槽
c、螺纹收尾处切制退刀槽
8
3.1 优化设计减小应力集中
优化螺栓的头下倾角也可以有效减少应力集中
9
3.1 优化设计减小应力集中
采用加强型的螺纹
因此，如果螺栓联接的疲劳强度安全系数能满足预先的设计 要求，此时应该是预紧力越大．螺栓联接抵抗联接分离的能 力越大，抵抗预紧力松弛的能力越强．同时螺栓联接的实际 有效疲劳强度也越大。因此，增大螺栓联接的预紧力．总体
来说有利于提高螺栓联接抵抗循环外载作用下疲劳失效的能
力．使螺栓联接在振动冲击力与有限超载作用下产生疲劳失 效的风险变得更小。
紧固件的疲劳
目录 一、疲劳的简介 二、疲劳的特征 三、提高紧固件疲劳的途径
2
一、疲劳的简介
疲劳是指材料，零件和构件在循环加载下，在某点或者 某些点产生永久的局部性损伤，并在一定的循环次数后形成 裂纹、或使裂纹进一步扩展直到完全断裂的现象。 疲劳的特点 1、只有在交变应力作用下，疲劳才会发生。 2、破坏起源于高应力，高应变的局部。 3、疲劳损伤的结果是形成裂纹
1
3.3 设置适当的预紧力
同时．塑性变形后的螺纹还能改善螺纹受力分布，使螺 纹牙上的接触压力变小．由此也提高了螺纹的疲劳强度。如
此的改变，还可能会使螺栓联接中强度最弱的部位被转移到
那些强度相对更大的部位上去了。另外．在材料的屈服之后， 螺栓联接的预紧力的进一步增加也会受到限制。
1
3.3 设置适当的预紧力