郑慧敏[1]2008年在《网架螺栓球节点的应力集中分析》文中认为螺栓球节点网架结构是一种新型结构形式。螺栓球节点,作为网架节点,它主要用来在网架或网壳结构中传递叁维力流。同样,螺栓球节点网架的疲劳问题主要是螺栓球节点的疲劳,节点疲劳的关键影响因素是高强度螺栓的疲劳,而应力集中是高强度螺栓发生疲劳断裂的主要原因。本文首先对金属断裂机理及高强度螺栓疲劳影响因素进行了总结。之后应用有限元分析软件ANSYS对网架螺栓球节点建模,进行应力集中的分析。内容主要有:(1).对十五种高强度螺栓实体建模。按照由单缺口到多缺口的顺序,分析螺栓螺纹根部应力、螺栓头过渡圆角处最大应力变化;定量求得不同直径不同螺纹牙数的应力集中系数,得出单螺纹及多螺纹牙情况下应力分布规律;得到了单缺口、多缺口高强度螺栓应力集中系数随d/d_r(其中d_r为螺纹根部直径,d为螺栓直径)变化的计算公式;(2).通过将M22、M27、M30、M39与八种不同直径螺栓球匹配,分析了栓一球啮合件的组合对应力分布规律的影响;(3).研究了封板的构造尺寸对其连接承载力的影响;(4).通过建模,研究螺纹形式对应力集中的影响;(5).基于上述研究提出了提高螺栓球节点疲劳强度的措施。通过本文的工作可以为工程实践中合理设计节点、改善和提高螺栓球网架结构疲劳强度和安全度提供参考。
雷宏刚[2]2008年在《螺栓球节点网架结构高强螺栓连接疲劳性能的理论与试验研究》文中进行了进一步梳理螺栓球节点网架结构作为大跨空间结构型式之一,其应用的范围及数量均居国内外首位。悬挂吊车的往复交变作用将带来工业建筑领域的螺栓球节点网架结构的疲劳问题。螺栓球节点网架结构的疲劳涉及到杆件、锥头、封板、螺栓球以及高强度螺栓连接的疲劳,而后者是疲劳破坏的关键所在。由于理论及试验研究甚少,目前国内外相关规范中亟待建立其疲劳设计方法。否则,设计人员无据可依,严重制约其在带悬挂吊车工业建筑领域的大规模应用。本文依托国家自然科学基金项目(59908005,50678109)的资助,重点对螺栓球节点网架结构高强度螺栓连接的疲劳性能进行理论与试验研究。本文的研究内容、研究方法、研究成果以及创新性概括如下:1、以ANSYS有限元分析软件为手段,针对40cr制M14、M20、M24、M30、M33、M39、M52、M60共8种高强度螺栓连接为对象,采用20节点的SOLID95单元进行实体建模,定量探讨了螺栓直径、螺纹升角、螺纹牙根圆角半径及螺栓球的影响程度。首次建立了高强度螺栓连接的应力集中系数及疲劳缺口系数的计算公式,后者数值区间为4.35-4.89。该结论揭示了应力集中和疲劳源的关系,解释了高强度螺栓连接疲劳强度极低的原因,奠定了以热点应力或热点应力幅为参量建立疲劳设计方法的理论基础。2、自行设计了一套高效、平稳的加荷装置,与瑞士进口的AMSLER疲劳试验机相配合,完成了M20、M30两种规格共32个高强度螺栓连接的常幅疲劳性能试验。得到了19个有效破坏点,9个超过2百万次的未破坏点,4个异常破坏点。收集了国内35个常幅试验数据,其中33个有效破坏点,2个超过2百万次的未破坏点。将本文与国内共有的52个有效试验数据回归统计分析,得到了S—N曲线斜线段部分的方程。借助本文与国内共有的11个未破坏试验数据,确定了S—N曲线的水平段部分。截至目前,本文得到的S—N曲线为国内外相对具有代表性和通用性的高强度螺栓连接疲劳曲线。3、依据该S—N曲线,分别以名义应力σ_(max)、热点应力σ_h、名义应力幅Δσ、热点应力幅Δσ_h为设计参量,建立了螺栓球节点网架高强度螺栓连接的常幅疲劳设计方法。若以N=2×10~6为基准期,则[σ_0~P]=46.0MPa。[σ_(0h)~P]=200Mpa,[Δσ]=34 Mpa,[Δσ_h]=148 Mpa。高强度螺栓的疲劳强度仅相当于其屈服强度的5.1%,抗拉极限强度的4.6%,抗拉强度设计值的10.7%。并提出将高强度螺栓连接增补为《钢结构设计规范》(GB50017-2003)表6.2.3-2中的第九类。4、在完成常幅疲劳性能试验的同时,针对M20、M30两种规格共21个高强度螺栓连接疲劳试件,进行了“低→高”、“高→低”、“低→高→低”、“高→低→高”以及“随机性程序块”五种典型加载模式下的变幅疲劳性能试验,成功得到了21个有效破坏点。该项试验研究在国内外尚属首次。根据得到的试验数据,应用Miner法则与Corten—Dolan理论分别估算其疲劳寿命,绝大多数的D值均大于1,后者D值的离散性远小于前者,表明了高强度螺栓连接疲劳寿命的估算采用Corten—Dolan理论则更为合理。5、借助疲劳试验得到了40个典型的疲劳断口,其中M20常幅疲劳断口12个,变幅疲劳断口8个;M30常幅疲劳断口10个,变幅疲劳断口10个。借助放大镜、电子显微镜,针对疲劳断口进行金相分析,揭示了高强度螺栓连接的常幅及变幅疲劳破坏机理。疲劳断口均呈现疲劳源区、扩展区和瞬断区叁个区域特征,而变幅疲劳断口的随机性远大于常幅疲劳断口。6、应用断裂力学的方法,估算40Cr制M20、M30高强度螺栓连接的常幅疲劳寿命。理论估算值与试验结果的规律性吻合较好,但前者大多数小于后者,且误差在20%左右。初始缺陷或裂纹初始长度是影响裂纹扩展寿命的重要因素,当初始裂纹长度增大一倍时,裂纹的扩展寿命减少50%左右。材料的断裂韧性对疲劳寿命的影响较小,当断裂韧性增大一倍时,裂纹扩展寿命仅增加10%左右。
刘丽君[3]2005年在《钢网架螺栓球节点用高强螺栓的缺口效应分析》文中提出在悬挂吊车作用下,螺栓球节点网架的疲劳主要表现为节点的疲劳,而节点的疲劳关键是高强螺栓的疲劳.在影响高强螺栓疲劳性能的众多因素中,应力集中是其发生疲劳断裂的主要原因之一.本文从缺口效应出发,分析了高强螺栓疲劳裂纹的开展,并建立有限元模型,针对钢网架螺栓球节点常用的8种高强螺栓规格进行了单缺口应力集中分析,得到相应的应力集中系数,同时分析了螺纹牙根圆角半径对应力集中的影响,并提出了降低螺纹疲劳缺口敏感性的一些措施,为进一步以热点应力幅建立螺栓球网架疲劳设计方法奠定了基础.
王悦[4]2018年在《螺栓球节点网架中高强螺栓应力集中分析及疲劳性能试验研究》文中认为随着高强螺栓连接的螺栓球节点网架逐渐投入到大量工业厂房的建筑应用当中,其在悬挂吊车的往复作用下,产生了疲劳问题。其中应力集中现象是引起疲劳破坏的疲劳源的重要原因,对于高强螺栓连接的螺栓球节点的疲劳强度及应力集中现象的研究具有实际意义。本文具体研究工作及结论如下:1.利用ABAQUS有限元分析软件,以高强螺栓为研究对象,从螺纹形式,螺栓直径,螺栓球尺寸规格和螺纹牙底圆角半径四个方面对高强螺栓的应力集中系数进行了研究,并建立起高强螺栓应力集中系数的计算公式。2.利用ABAQUS有限元分析软件,以高强螺栓连接的多孔螺栓球为研究对象,分析了螺栓球节点在承受多向荷载作用下螺栓球节点应力分布规律。3.利用Amsler疲劳试验机完成了螺栓球节点网架平面桁架的常幅疲劳试验,得到24个高强螺栓的试验数据,并对数据离散性的原因进行了详细分析。4.利用电镜扫描,对高强螺栓的疲劳断口进行了微观分析,揭示了常幅疲劳破坏的机理。
雷宏刚, 刘丽君, 裴艳, 焦晋峰[5]2004年在《螺栓球节点网架中高强螺栓的缺口效应分析》文中进行了进一步梳理螺栓球节点网架的疲劳主要是节点的疲劳,而节点的疲劳关键是高强螺栓的疲劳。本文以ANSYS有限元软件为研究手段,针对网架螺栓球节点的8种规格进行了单缺口应力集中分析,定量求得相应的应力集中系数,为下一步以热点应力或热点应力幅建立疲劳设计方法奠定基础。
周欣茹[6]2005年在《基于疲劳试验数据的高强螺栓疲劳设计方法》文中研究说明随着螺栓球节点网架在悬挂吊车工业厂房中的推广应用,其疲劳性能成为工程界多年来尚待解决的热点问题。高强螺栓作为该网架最重要的连接部件,其受力性能直接影响到网架结构的整体安全。然而与钢结构相关的所有规范如《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)、《网架结构设计与施工规程》(JGJ7-91)、《钢网架螺栓球节点用高强度螺栓》(GB/T16939-1997)等均没有涉及到网架高强螺栓的疲劳设计方法问题。 虽然理论分析是研究疲劳性能的一种捷径,但由于疲劳影响因素很多,目前国内外学者提出的各种疲劳公式与试验结果相差甚远,而疲劳试验是大家公认的可靠、直接的方法,因此本文以疲劳试验数据为基础,通过对40Cr高强螺栓的常幅、变幅疲劳试验数据全面系统的统计分析后,建立了适于螺栓球节点网架的疲劳设计方法。分析了各种不确定因素对高强螺栓疲劳性能的影响程度。另外本文详细分析得出了应力比对高强螺栓疲劳并无影响;目前的40Cr高强螺栓疲劳性能过低,不能适用于悬挂吊车网架结构等结论。提出了改善高强螺栓疲劳性能的一些建议。 通过本文的研究分析,将会为下一步修订规范、补充条文提供重要依据;同时进一步推动螺栓球节点网架的广泛应用。
杨旭[7]2017年在《螺栓球节点网架中高强度螺栓M30、M39疲劳性能的试验与理论研究》文中研究表明螺栓球节点网架结构在我国工业厂房中的应用日趋广泛,当设置悬挂吊车时将会对网架造成反复的交变荷载,从而引发高强度螺栓的疲劳问题。由于疲劳试验的离散性大,试验难度及成本极高,至今尚未建立公认的疲劳设计方法,给工程设计人员造成了很大困难,严重制约其推广应用。为解决螺栓球节点网架结构中高强度螺栓的疲劳问题,本文在国家自然科学基金(51578357,51178286)的大力资助下,在本课题组前期对M20、M22、M27等高强度螺栓疲劳性能研究的基础上,重点针对螺栓球节点网架结构中M30、M39高强度螺栓的疲劳性能展开研究。主要研究工作及结论如下:1、借助美国MTS Lankmark370.50疲劳试验机完成了M30、M39两种规格高强度螺栓试件常幅疲劳试验;通过对试验数据的统计分析,得到了相应的S-N曲线;分别以名义应力幅Δσ和热点应力幅Δσ_k为设计参量,建立了相应的常幅疲劳设计方法。2、借助MTS Lankmark370.50疲劳试验机在常幅疲劳试验的同时,完成了20个M30高强度螺栓和5个M39高强度螺栓的变幅疲劳试验,通过对所得变幅疲劳试验数据进行等效应力幅折算,得到了变幅疲劳的S-N曲线。3、借助瑞士进口的Amsler1200型脉冲疲劳试验机,对M20、M30、M36高强度螺栓连接的平面桁架进行了常幅和变幅疲劳试验,共得到35个常幅及变幅疲劳试验数据,将所得结果与本文M30、M39高强度螺栓常幅疲劳试验数据对比,发现平面桁架结构的疲劳强度低,试验数据离散。4、借助进口TESCAN Mira3 LMH扫描电镜对65个疲劳断口进行微观分析,揭示高强度螺栓的疲劳破坏机理。5、借助国产SDS100电液伺服疲劳试验机完成了40Cr钢材的疲劳裂纹扩展速率试验,得到了40Cr材质基于Paris公式的疲劳裂纹扩展速率参数C和m,给出了开展螺栓球网架高强螺栓疲劳评估时参数的选用建议。6、运用本文测得的参数C和m,应用断裂力学的方法,估算40Cr制M30、M39高强度螺栓连接的疲劳寿命。理论估算值与试验结果规律性吻合较好,证明运用本文实测参数对高强度螺栓进行疲劳寿命估算是合适的。
李宇[8]2003年在《螺栓球节点网架用40Cr高强螺栓的疲劳破坏机理及寿命估算》文中研究指明螺栓球节点网架的疲劳关键是高强螺栓的疲劳。目前国内外对其疲劳性能的研究大多借助疲劳试验以建立其验算方法，而对疲劳破坏机理及疲劳寿命估算研究甚少。本文以螺栓球节点网架中最常用的40Cr高强螺栓为研究对象，借助扫描电子显微镜等先进仪器对40个常幅及变幅疲劳试件断口进行了宏观及微观形貌分析，基本摸清了其疲劳破坏的机理。另外，本文在大量试验数据的基础上，依据Miner法则、相对Minar法则以及断裂力学理论，对40Cr高强螺栓的疲劳寿命估算进行了系统研究，理论分析结果与试验值的规律性吻合较好。 本文的研究成果填补了螺栓球节点网架疲劳性能在理论研究方面的空白，完善了疲劳研究方法，为《网架结构设计与施工规程》中疲劳设计方法的建立提供了重要依据。
雷宏刚[9]2007年在《高强螺栓疲劳缺口系数的有限元分析》文中指出螺栓球节点网架在悬挂吊车作用下的疲劳关键是高强螺栓的疲劳。本文以 ANSYS 有限元软件为研究手段,得到了适用于各种不同规格高强螺栓的疲劳缺口系数计算公式。
参考文献：
[1]. 网架螺栓球节点的应力集中分析[D]. 郑慧敏. 太原理工大学. 2008
[2]. 螺栓球节点网架结构高强螺栓连接疲劳性能的理论与试验研究[D]. 雷宏刚. 太原理工大学. 2008
[3]. 钢网架螺栓球节点用高强螺栓的缺口效应分析[J]. 刘丽君. 厦门大学学报(自然科学版). 2005
[4]. 螺栓球节点网架中高强螺栓应力集中分析及疲劳性能试验研究[D]. 王悦. 太原理工大学. 2018
[5]. 螺栓球节点网架中高强螺栓的缺口效应分析[C]. 雷宏刚, 刘丽君, 裴艳, 焦晋峰. 钢结构工程研究（五）——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2004年学术交流会论文集. 2004
[6]. 基于疲劳试验数据的高强螺栓疲劳设计方法[D]. 周欣茹. 太原理工大学. 2005
[7]. 螺栓球节点网架中高强度螺栓M30、M39疲劳性能的试验与理论研究[D]. 杨旭. 太原理工大学. 2017
[8]. 螺栓球节点网架用40Cr高强螺栓的疲劳破坏机理及寿命估算[D]. 李宇. 太原理工大学. 2003
[9]. 高强螺栓疲劳缺口系数的有限元分析[C]. 雷宏刚. 第16届全国结构工程学术会议论文集（第Ⅰ册）. 2007
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