提高螺栓连接安全性的和可 靠性思路

螺栓连接是应用广泛，装配方式简单，互换性强、标准化、大规模生产的低成本基础连接方式。但是，螺栓位置也是整个连接部件相对薄弱的环节。影响螺栓连接可 靠性、安全性和经济性的因素众多，例如包括加工的尺寸精度、配合精度、粗糙度，材料本身的性能、残余应力，界面的摩擦系数、轴向力（夹紧力），装配过程的拧紧扭矩、人为因素，以及服役的环境条件等。任何因素都可能导致失效（螺栓连接失效主要表现为松动或断裂）的正态分布曲线拉宽，失效概率剧增。提高螺栓连接安全性和可 靠性的基本思路：就是收窄服役行为的正态分布曲线，避开松动或断裂区。
提高螺栓连接安全性和可 靠性的解决方案，可采取的具体技术路线不外乎以下几种：
   从计算和结构设计入手
   从接触界面的控制入手
   从装配质量控制环节入手
   从材料选择和表面工程防护入手
   从特殊条件下的需求入手



 螺栓连接的计算和结构设计解决方案

上述解决方案中，本公司开发了：螺纹连接有限元建模工具软件、螺纹连接结构设计辅助软件。根据接触力学和微动摩擦学理论，通过两个工具软件，可提供螺栓连接紧密模型和/或高精度有限元计算。

      螺纹连接有限元建模工具软件 

该软件兼顾高质量、高精度、高效率，可参数化生成高精度的有限元网格，显著提高螺纹连接数值仿真的计算效率。同时，帮助具备有限元计算基础的工程技术人员进行螺纹连接的设计与校核。
    核心功能：参数化生成高质量、高精度、高效率（仅需几十秒）、大规模的各种牙型螺纹连接的精 确有限元模型。
    软件特色：超高自由度——可生成任意尺寸，多种螺纹轮廓、网格过渡层数和排布方式等。
螺纹连接结构设计辅助软件 

      针对欧洲VDI2230螺栓连接设计标准，设计可视化操作界面，可进行螺栓连接设计、强度校核及结构优化等工作。可根据不同行业标准，对软件进行修改。



螺栓连接的接触界面控制解决方案

实际工程中，常采用扭矩法和转角法对螺栓连接结构进行预紧，然而螺栓连接的接触界面对其预紧力具有重要影响。通过控制螺栓连接接触界面，可降低预紧力的分散性，提高螺栓连接可 靠性。控制螺栓连接接触界面主要有三种方法：控制螺纹加工精度及粗糙度、接触界面添加润滑剂、对螺纹进行表面处理。


 螺栓连接装配质量控制解决方案

螺栓连接预紧力过高，螺栓可能发生疲劳断裂；反之，预紧力过低，螺栓连接易发生松动。因此，需严格控制螺栓连接的装配质量，后者受众多因素影响：加工精度、预紧力矩、预紧角度、材料处理工艺、装配工艺等。


螺栓连接材料选择和表面工程防护解决方案

针对不同的服役环境，需选择不同的螺栓材料及表面涂层或润滑剂（润滑脂或润滑油）。在潮湿腐蚀环境下，选择合理的连接材料可有效降低螺栓连接的电化学腐蚀。此外，选择合理的表面处理技术（涂层、润滑脂和润滑油），一方面可降低界面摩擦系数的分散性，从而稳定预紧力；另一方面，可降低界面的微动磨损，提高螺栓连接的可 靠性。


特殊条件下螺栓连接解决方案

针对特殊服役环境的螺栓连接，提供相应的解决方案。例如，通过预设压缩量，并联金属嵌件，增加复合材料螺栓连接的刚度，从而提高螺栓的服役寿命。再如，针对变温环境的螺栓连接，利用形状记忆合金的记忆效应和超弹性可设计环境自适应的智能螺栓连接结构，对预紧力进行自动补偿，提高螺栓连接的可 靠性。