循环应力与螺栓行为

本文基于Del Underwood在2011年1月/ 2月、3月/ 4月和5月/ 6月出版的《Inspectioneering Journal》上发表的三篇文章。188游戏平台下载你可以找到原文在这里，在这里,在这里．

业内几乎每个人都经历过的一个问题是，在某些情况下，紧固的螺栓可以正常工作，而松动的螺栓则会失效。这是因为螺栓可能会遇到两种基本类型的加载:“静态”或稳态加载，以及“循环”或连续变化的加载。这两种情况，加上两者的组合，图形显示在图1、图2、图3，结果表明，循环强度范围最多为1 / 2左右。

当然，工艺设备中涉及的螺栓很少是在完全静态或循环状态下加载的。举个例子:螺栓的预紧力或扭矩是静态构件，而加载是循环构件。

这种组合条件的最直接的说明是平面法兰连接，如用于将水平压缩机气缸连接到曲轴箱。如果螺栓扭矩适当(静负荷)，往复压缩机运行时螺栓上的循环负荷分量将很小。螺栓将处于所谓的“保护状态”。如果扭矩过低，允许法兰面分离，螺栓将失去保护，看到全循环组件-通常会失效。

现在让我们看看为什么螺栓失败，如果允许法兰在操作过程中分离的力学。在下图中，我们可以看到一个(有点夸张的)平面法兰连接，就像在循环加载支柱成员中使用的那样。当压缩机或动力缸安装在大型固定设备的曲轴箱上时，通常使用同一类型的接头。

当法兰紧密结合在一起时，当施加循环应力时，法兰表面有效地作为一个单一的固体块。这是因为循环分量分布在整个区域，这意味着螺栓只看到与它们的横截面积相关的总应力的一小部分。以上图所示的螺栓为例，这将是大约4%。

保护条件要求螺栓上的预紧力足够高，以在循环载荷下将法兰紧紧地固定在一起。如果预紧力过低，法兰面将在至少部分加载周期中分离，如下图所示。在这种情况下，螺栓必须承受全循环载荷，这将使它们受到循环应力和疲劳。

最后，我们将研究一种方法，可以降低螺栓对法兰分离的敏感性。它涉及到螺栓的刚度和应力集中系数的处理。下图显示了两个典型的法兰螺柱螺栓，对于稳定加载，每个螺栓的强度相同，但对于循环加载，中间截面减小的螺栓强度更强。

螺栓的有效承载截面为螺纹区域的根直径。第二个螺栓具有与第一个相同的有效截面，即使中心部分已加工到根直径。所以，对于稳定加载，两个螺栓本质上是相同的。

然而，由于刚度的降低，循环加载的应力集中系数降低。与此同时，减少的螺栓不太可能因偶尔的热变化而松动，因为它有更多的弹簧作用。降低应力集中和改善弹簧作用的最佳组合是通过将中间部分减少到螺纹根以下约15%来实现的。

希望这些信息对你有帮助。螺栓完整性是每个工厂和设施不可分割的一部分，因此保持将工厂连接在一起的螺栓的健康对设施的整体健康至关重要。