热循环载荷对异种材料螺钉联接件影响的研究
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摘要
螺钉联接是一种古老的联接结构，被广泛地应用于各种机械及结构中。随着工业的发展和技术的进步，现代化的工程结构对螺钉联接件的设计和可靠性计算提出了更高的要求。
本文以在核反应堆内受热循环载荷的螺钉联接件为研究对象；以研究螺钉联接受热循环载荷时的受力变形情况，并找出螺钉联接的松动机理为主要目的；以试验和有限元分析计算为主要方法。作了以下几个方面的分析和研究：
1．通过四种螺钉联接件模型的热循环试验，对螺钉长度、松动力矩和螺钉联接件内部的变形情况进行研究，发现螺钉联接件预紧力矩下降的规律，找出松动的原因。
2．对螺钉联接件进行有限元模拟计算，采用弹塑性分析方法，进一步研究螺钉联接件松动的原因，找出预紧力下降的规律。并结合螺钉联接件热循环试验的结果，确定合适的预紧力，提出改进的建议。
3．在有限元分析的基础上，对比理论计算出的螺钉联接件的柔度值，对传统的理论方法给出合理的建议，并且在一定适用范围内，提出更加简便、合理的计算方法。
Bolted joints are the oldest method used for connecting two components together. They are the most commonly used in machines and structures. Recent years, with the development of the industry and improvement of the technology, it puts forward higher request for the design and reliability of the bolted joints because of the modem structure.
In this paper, by using experiment and finite element method, bolted joints under the thermal cycle load in the nuclear reactor are studied. The mostly aim of which is to research the force and deformation of bolted joints under the thermal cycle load, and find out the reason of the loosening of bolted joints. The main work could be described as follows:
1. By experiment of the thermal cycle load on the four different sizes bolted joints, studied with the length of the bolt and loosening torque and the internal deformation of bolted joints. The subject analyzed clamping force decline. The reason of loosening of bolted joints is find out.
2. This paper has established elastic-plastic finite element method calculation mode. Further analyzed the reason of loosening. Find out the rule of the pre-load decline. Based on the data of the field measurements and the calculation's result, this paper has given the appropriate pre-load, and given some beneficial advices on the bolted joints design.
3. The compare between the results of compliance coefficient from traditional theory and finite element method presented in this paper. Given advice on the traditional theory calculation, and brought forward easier and more acceptable calculation method which confined to a certain bound.
本文以在核反应堆内受热循环载荷的螺钉联接件为研究对象；以研究螺钉联接受热循环载荷时的受力变形情况，并找出螺钉联接的松动机理为主要目的；以试验和有限元分析计算为主要方法。作了以下几个方面的分析和研究：
1．通过四种螺钉联接件模型的热循环试验，对螺钉长度、松动力矩和螺钉联接件内部的变形情况进行研究，发现螺钉联接件预紧力矩下降的规律，找出松动的原因。
2．对螺钉联接件进行有限元模拟计算，采用弹塑性分析方法，进一步研究螺钉联接件松动的原因，找出预紧力下降的规律。并结合螺钉联接件热循环试验的结果，确定合适的预紧力，提出改进的建议。
3．在有限元分析的基础上，对比理论计算出的螺钉联接件的柔度值，对传统的理论方法给出合理的建议，并且在一定适用范围内，提出更加简便、合理的计算方法。
Bolted joints are the oldest method used for connecting two components together. They are the most commonly used in machines and structures. Recent years, with the development of the industry and improvement of the technology, it puts forward higher request for the design and reliability of the bolted joints because of the modem structure.
In this paper, by using experiment and finite element method, bolted joints under the thermal cycle load in the nuclear reactor are studied. The mostly aim of which is to research the force and deformation of bolted joints under the thermal cycle load, and find out the reason of the loosening of bolted joints. The main work could be described as follows:
1. By experiment of the thermal cycle load on the four different sizes bolted joints, studied with the length of the bolt and loosening torque and the internal deformation of bolted joints. The subject analyzed clamping force decline. The reason of loosening of bolted joints is find out.
2. This paper has established elastic-plastic finite element method calculation mode. Further analyzed the reason of loosening. Find out the rule of the pre-load decline. Based on the data of the field measurements and the calculation's result, this paper has given the appropriate pre-load, and given some beneficial advices on the bolted joints design.
3. The compare between the results of compliance coefficient from traditional theory and finite element method presented in this paper. Given advice on the traditional theory calculation, and brought forward easier and more acceptable calculation method which confined to a certain bound.
引文
[1] 卜炎 编，螺纹联接设计与计算，高等教育出版社，1995。
[2] J. H. Bickford, An Intorduction to the Design and Behavior of Bolted Joints, Marcel Dekker, inc., 1981.
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[8] 周春华，螺栓预紧精度及预紧可靠性分析，长沙铁道学院学报，1996年9月，第14卷第3期。
[9] 徐爱莉、刘光启，机械螺栓联接的预紧力与疲劳强度，锻压机械，1996年4月。
[10] 杨锡和、石辉，螺纹联接的耐久性及防松措施，雷达与对抗，2002年第1期。
[11] 叶红、颜廷武、刘元胜，法兰连接中的螺栓预紧力，有色矿冶，2005年6月，第21卷第3期。
[12] 窦召领，螺栓联接受力分析，宿州教育学院学报，2002年6月，第5卷第2期。
[13] 秦山、PC300MWe核电厂反应堆内构件下部结构修复改进力学与材料分析研究。
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[24] 航空发动机螺纹连接紧固件拧紧力矩，HE36125-87，中国航天出版社，1998。
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