高强度螺栓疲劳校核
动车组高强度螺栓质量分析
动车组高强度螺栓质量分析摘要：高速动车组牵引、动力系统中的高强度螺栓产品是动车组中经济价值最高的标准件，对品质和可靠性的要求极高，我国生产还不能完全达到国产化，如齿轮箱与电机、齿轮箱与齿轮箱连接、轮毂与转向架之间螺栓风险等级最高，都是关系人民生命、财产安全的重要连接件。
关键词：动车组；高强度螺栓；原材料随着高速动车组动力的大容量化、大型化和功率转速的不断提高，牵引、传动的工况条件更加复杂且苛刻，纵观各类行车事故案例，动车组螺栓的断裂失效是影响高速动车组安全运行的巨大隐患，在螺栓的断裂失效模式中，涵盖了螺栓的疲劳断裂失效、塑性断裂失效和脆性断裂失效等三大类型。
分析造成螺栓断裂失效的因素主要有以下几种:①螺栓材质不良，钢材内非金属夹杂物严重，成为疲劳裂纹源;②螺栓制造工艺欠合理，造成螺栓力学性能不符合标准要求或螺栓制品具有原始裂纹，使用时扩展断裂;③设计选择的螺栓满足标准要求，但疲劳强度难以满足实际工况需求;螺栓连接设计不科学，无法达到紧固扭矩。
为此，对高速动车组高强度螺栓的性能提出了更高的要求。
1螺栓原材料质量1.1螺栓规格螺栓制造必须符合IS0898-1：2009《紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱》标准规范，紧固件所需材料碳素结构钢、合金结构钢符合DNEN20898-1、DINEN20898-2及IS0898-1、IS0898-2规定的钢制螺栓及螺母与螺栓连接（件）。
CRH380型动车组部分螺栓规格，见表1。
表1CRH380型动车组部分螺栓规格序号品种规格等级/头标材料表面处理1吊杆螺栓（非标）M16×14010.9/NKM42CrMo4达克罗2IS04014六角头螺栓M16×2208.8/Z36MnB4电镀黄锌3IS04014六角头螺栓M24×2508.8/SBE33B2电镀黄锌4IS04014六角头螺栓M14×10510.9/SBE30MnB4达克罗5IS04014六角头螺栓M14×10510.9/FF38B2达克罗6IS04017六角头螺栓M20×708.8/FF32CrB4电镀黄锌1.2化学成分对比采用德国OBLF公司GS1000直读光谱仪，参照标准DINEN20898-1及IS0898-1、规定，对CRH380型动车组部分螺栓用材料进行成分分析，结果见表2。
关于《VDI-2230标准》的使用说明
关于《VDI-2230标准》的使用说明由于《VDI-2230标准》是针对高强度螺栓校核建立的，所以在计算时，不同强度螺栓的参数选取有所区别。
高强度螺栓碳钢：8.8级及以上奥氏体不锈钢类：8.0级及以上一、通用说明R0. 被夹紧件确定被夹紧件长度lK:垫片长度不算；若滑块在螺杆方向，则算作螺母，亦不计入。
R1.拧紧系数的确定拧紧系数与拧紧方式相关，不同的拧紧方式对应的拧紧系数范围不同。
如果有试验值，则用试验值，如果没有试验值，则根据表A8取值，一般拧紧方式为扭矩扳手拧紧；螺纹摩擦系数μG：根据表A5得到，如果有试验值，则取试验值。
R2.受力界面数、横向力数值、扭矩数值的确定q f , qm：被夹紧件串联取1，并联取2；Ansys中导出的MYmax值取绝对值，计算时代入正值。
R3. 连接类型的确定根据受力情况而定，一般情况为同心夹紧与加载，且趋于安全性的考虑，选SV1。
R5. 轴力数值的确定FAmax为Ansys中静强度工况导出的轴力，若出现负值，代入0。
R7. 屈服强度的利用系数屈服强度利用系数v应根据试验而定，目前根据VDI标准取0.9作为比较值。
设计提供的预紧力与最大装配预紧力必须要小于F Mzul。
R8.工作应力的确定如果初始设计给的预紧力合格，则以后步骤中出现的FMZul均代入设计给的预紧力。
R9.交变应力的确定F SAO - FSAU为Ansys中疲劳工况导出的轴力，若出现负值，代入0。
R11.最小连接长度标准件不用校核，非标准件和螺钉需要校核。
二、高强度螺栓1.涉及查表的参数，先取中值，若不通过，则另外考虑。
其中R1螺纹摩擦系数μG 取0.1，R2被夹紧界面最小摩擦系数μTmin取0.21。
2.R12中抗滑移安全系数定义为1.2，防剪切系数定义为1.1。
三、非高强度螺栓1.涉及查表的参数，均取范围内的边界值。
2.R4中预紧力损失量FZ取计算值的10%。
3.R12中抗滑移安全系数义为1，防剪切系数定义为1.1。
高强度螺栓隐检内容
高强度螺栓隐检内容随着工程技术的不断发展，高强度螺栓在工程建设中扮演着重要的角色。
为了保证螺栓的质量和安全性，进行隐检是十分必要的。
本文将介绍高强度螺栓的隐检内容，以确保工程的安全可靠。
一、外观检查对高强度螺栓的外观进行检查。
要注意螺栓表面是否有明显的锈蚀、氧化等现象，以及是否有明显的变形或裂纹。
同时，还需要检查螺纹是否完整，是否有毛刺或损伤。
外观检查可以直观地判断螺栓的质量状况，并及时发现表面缺陷。
二、尺寸测量高强度螺栓的尺寸对于工程的安全至关重要。
因此，在隐检过程中，需要对螺栓的尺寸进行测量。
主要包括螺栓的直径、长度、螺纹高度等。
测量过程中应使用专用的测量工具，确保测量结果的准确性。
如果发现螺栓尺寸不符合要求，需要及时更换。
三、材质鉴定高强度螺栓的材质也是隐检的重要内容之一。
通过对螺栓材质的鉴定，可以判断其强度和耐腐蚀性能是否符合要求。
常用的鉴定方法包括化学成分分析、金相检查等。
鉴定结果应与螺栓规格书中的要求相符。
四、拉伸性能测试高强度螺栓的拉伸性能是其最重要的指标之一。
在隐检过程中，需要进行拉伸性能测试。
测试时，将螺栓固定在拉伸试验机上，逐渐增加拉伸力，并记录应力与应变的关系曲线。
通过曲线的变化，可以判断螺栓的强度和延展性能是否符合要求。
五、硬度测试螺栓的硬度对于其承受力和耐磨性有重要影响。
因此，在隐检过程中，需要进行硬度测试。
常用的硬度测试方法有洛氏硬度测试和布氏硬度测试。
通过测试结果，可以判断螺栓的硬度是否符合要求。
六、抗腐蚀性能测试高强度螺栓通常用于各种恶劣环境下，因此其抗腐蚀性能也是十分重要的。
在隐检过程中，需要进行抗腐蚀性能测试。
常用的测试方法包括盐雾试验、湿热试验等。
测试结果应符合螺栓规格书中的要求。
七、超声波探伤高强度螺栓的内部缺陷对其安全性产生重大影响。
为了检测螺栓的内部缺陷，可以使用超声波探伤技术。
通过超声波的传播和反射，可以检测出螺栓内部的裂纹、夹杂等缺陷。
如果发现缺陷，需要及时更换螺栓。
jgj82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程
jgj82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程是在JGJ82-2003钢结构
高强度螺栓连接技术规程的基础上发布的新版技术规程，主要对螺栓材料
类型、紧固力校核过程、螺栓连接细节处理等有所调整和改进，并且增加
了穿螺栓的滑动支架的计算要求，拓宽了螺栓技术规程应用范围。
1、材料
JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程规定，螺栓的材料分为
碳素钢、低合金钢、不锈钢、高强度钢共四类，具体见表3.3。
2、紧固力校核过程
JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程在技术标准中，除了要
求紧固力要求之外，还增加了紧固力校核过程和紧固力要求，具体要求参
见技术标准，表2.2。
3、螺栓连接细节处理
JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程要求，每个螺栓连接部
件之间的距离必须大于或等于紧固件的直径，具体要求参见表 2.1。
此外，为了提高螺栓连接的可靠性，在细节处理上还要求钢板进行抗拉孔的处理，具体要求如表3.1所示。
4、穿螺栓的滑动支架
JGJ82-2011钢结构高强度螺栓连接技术规程还增加了穿螺栓的滑动
支架的计算要求，除了要考虑螺栓滑动支架设计中的紧固力校核外，还需要。
螺栓强度校核计算
M3 4.8级 8.8级 1885N 3769N 1055N 2110N
M5 4.8级 8.8级 6218N 12436N 3482N 6964N
8.8级螺栓的含义是螺栓强度等级标记代号由“•”隔开的两部分数字组成。标 记代号中“•”前数字部分的含义表示公称抗拉强度，碳钢：公制螺栓机械性 能等级可分为：3.6、4.6、4.8、5.6、5.8、6.8、8.8、9.8 、13.5
8.8级螺栓的前一个8的含义是每平方毫米的抗拉强度是800牛也就是80公斤 的拉力，后一个八的意思是8.8级产品的屈服点为6400N/mm2
钢结构连接用螺栓性能等级分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10余个等级，其中8 螺栓材质为低碳合金钢或中碳钢并经热处理（淬火、回火），通称为高强度螺栓，其余通称为普通螺栓 等级标号有两部分数字组成，分别表示螺栓材料的公称抗拉强度值和屈强比值。例如，性能等级4.6级的 义是：
则此螺栓的 抗拉强度为：400MPa 屈服强度为：400*8/10=320MPa ================= 另：不锈钢螺栓通常标为A4-70，A2-70的样子，意义另有解释
强度是单位面积的承载力 承载力=强度X面积 螺栓有螺纹，M24螺栓横截面面积不是24直径的圆面积，而是353平方毫米，称之为有效面积. 普通螺栓C级（4.6和4.8级）抗拉强度是170N/平方毫米。 那么承载力就是：170x353＝60010N. 换算一下，1吨相当于1000KG，相当于10000N，那么M24螺栓也就是可以承受约6吨的拉力。 螺栓有效面积可以从五金手册或钢结构手册查，强度指标可以从相关钢结构手册或规范查。当然这些也 可以从网上查.
螺栓性能等级的含义是国际通用的标准，相同性能等级的螺栓，不管其材料和产地的区别，其性能 设计上只选用性能等级即可。强度等级所谓8.8级和10.9级是指螺栓的抗剪切应力等级为8.8GPa和10.9G
工程机械高强度螺栓 主要检查项目及检测方法
工程机械高强度螺栓主要检查项目及检测方法《工程机械高强度螺栓：主要检查项目及检测方法》一、背景介绍在工程机械领域，高强度螺栓作为连接零部件的重要元素，承担着重要的机械连接功能。
其质量和可靠性直接影响着整个机械设备的安全运行。
对工程机械高强度螺栓的检查项目和检测方法进行全面评估，对于保障工程机械设备的运行安全具有重要意义。
二、工程机械高强度螺栓的重要性工程机械高强度螺栓作为联接重要零部件的关键元素，其主要作用包括承受连接零部件之间的轴向力、剪切力和弯曲力，并且具有一定的抗震性能和抗疲劳性能。
其质量和可靠性直接影响着整个机械设备的安全运行，关系着工程机械设备的使用寿命和运行效率。
对工程机械高强度螺栓的检查和检测显得尤为重要。
三、工程机械高强度螺栓的主要检查项目1. 外观质量：包括螺纹表面和螺栓表面的光洁度、无损伤和无裂纹等。
2. 尺寸偏差：包括螺纹和螺栓的直径、长度、螺距等尺寸的测量。
3. 喷镀涂层：包括喷镀涂层的厚度、均匀性和附着力等。
4. 材料成分：包括螺栓材料的成分、硬度和力学性能等。
四、工程机械高强度螺栓的检测方法1. 目视检查：通过目视检查螺栓表面和螺纹表面的质量情况，包括有无裂纹、变形、破损等。
2. 测量仪器检测：采用测微计、外径千分尺、螺距测量仪等工具对螺栓的尺寸偏差进行测量。
3. 金相显微镜检测：对螺栓样品进行金相组织分析和显微硬度测试，以确定螺栓材料的组织和硬度情况。
4. 超声波探伤：通过超声波检测技术对螺栓表面和内部进行检测，以发现可能存在的缺陷和裂纹。
五、对工程机械高强度螺栓的个人观点和理解作为工程机械的重要组成部分，高强度螺栓的质量和可靠性对整个设备的安全运行起着至关重要的作用。
在生产制造和使用过程中，必须严格把控螺栓的质量，建立健全的检查和检测体系，并且进行定期维护和检修，以保证螺栓的性能和可靠性。
加强对高强度螺栓的研究和改进，提高其抗拉伸、抗剪切和抗扭转等力学性能，对于提高工程机械设备的使用寿命和可靠性也具有重要意义。
螺栓联接的疲劳破坏及改善措施
螺栓联接的疲劳破坏及改善措施
螺栓联接是一种常见的机械连接方式，但在长期使用过程中，可能会发生疲劳破坏。
疲劳破坏是由于重复加载引起的应力集中和裂纹扩展导致的材料失效现象。
为了改善螺栓联接的疲劳性能，可以采取以下措施：
1. 材料选择：选择高强度和耐疲劳性能良好的材料可以有效提高螺栓的疲劳寿命。
常用的高强度材料包括合金钢和不锈钢等。
2. 表面处理：通过表面处理可以提高螺栓的耐蚀性和耐疲劳性能。
常见的表面处理方法有镀锌、磷化、喷涂等，这些方法可以增加螺栓的表面硬度和耐磨性。
3. 加工工艺控制：在螺栓的制造过程中，严格控制加工工艺可以减少内部缺陷和应力集中。
例如，合理控制螺纹加工尺寸和加工质量，避免产生过大的应力集中。
4. 螺栓预紧力控制：适当的螺栓预紧力可以提高螺栓联接的疲劳寿命。
预紧力过大会导致螺栓应力集中和材料的塑性变形增加，而预紧力过小会使得螺栓松动和疲劳寿命下降。
因此，根据具体应用情况，需要合理控制螺栓的预紧力。
5. 定期检查和维护：定期检查螺栓联接的紧固力和表面状态，及时发现并处理松动、腐蚀和裂纹等问题，可以延长螺栓的使用寿命。
总之，通过合理的材料选择、表面处理、加工工艺控制、螺栓预紧力控制以及定期检查和维护，可以有效改善螺栓联接的疲劳性能，延长螺栓的使用寿命。
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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16、轮盘连接高强度螺栓疲劳强度校核
说明：
轮盘在设备的设计使用寿命期限内，始终处于受压状态，其三根弦杆承受压力作用，轮盘的整体弯矩由内、外弦杆的压力调幅来平衡，弦杆法兰连接的高强度螺栓承受的、由单独弦杆的弯矩引起的交变力很小。
由于法兰结合面的载荷全部为压力载荷，故螺栓的工作应力都小于其预紧力，故螺栓的拉力载荷总在预紧力一下某一范围波动。
对螺栓而言，保证法兰结合面不松开，其压力载荷越大，螺栓残余预紧力就越小，螺栓的拉力就越小。
本文的计算模型转变为较小圆角过度的阶梯轴拉伸（如图一），校核过渡截面的疲劳应力。
观览车的运行速度很慢，每周循环的时间为20分钟，考虑50年的使用寿命期，每年300天，每天工作8小时，共运行300000次循环，选小于结构钢S-N曲线的转折点的循环次数，且本文的计算载荷为正常满载+15m/s风载的载荷情况，故计算结果有一定的保守性。
疲劳设计方法是一门以试验为基础的设计方法，本计算选取的疲劳性能数据选自国内公开的《机械设计手册》数据。
图一：计算模型
附：螺栓无限寿命校核说明书
一、螺栓参数和预紧力：
螺栓直径：M30x160 性能等级：10.9级 过渡圆角：r=0.5mm
螺栓材料的破断强度：1000MPa 螺栓副连接的相对刚度：m
b b C C C +=0.25 选用的单个螺栓预紧力矩：Nm T 1600= 则预紧力：kN N d T Q p 2671067.2030
.02.016002.05=⨯=⨯== 二、螺栓组载荷：
主管法兰圆周应力分布及载荷谱：
530*30螺栓组主管件轴力，
六点方位N=-4729kN ，七点半N=-4487kN ，九点N=-3785kN ，十点半N=-3181kN ，十一点N=-2961kN ，十二点N=-2300kN ，一点N=-2960kN ，一点半N=-3253kN ，三点N=-3891kN ，四点半N=-4552kN 。
最大压力：kN F a 4729-=
换算到单个螺栓的最大压力载荷：kN F F a 39412/472912/-=-== 螺栓最小拉力：kN F F C C C Q Q m
b b p 1680.25267min =+=++
= 最小压力：kN F a 2300-=
换算到单个螺栓的最小压力载荷：kN F F a 19112/230012/-=-== 螺栓最大拉力：kN F F C C C Q Q m b b p 2190.25267max =+=++
= 螺栓最小拉应力：MPa d Q 2384
2min
min ==πσ 螺栓最大拉应力：MPa d Q 31042max
max ==πσ
平均应力：MPa m 2742/)(min max =+=σσσ
应力幅： M P a a 362/)(min max =-=σσσ
457*30螺栓组主管件轴力
主管件轴力，六点方位N=-2733kN ，七点半N=-2603kN ，九点N=-2275kN ，十点半N=-1969kN ，十一点N=-2058kN ，十二点N=-1770kN ，一点N=-2111kN ，一点半N=-1960kN ，三点N=-2264kN ，四点半N=-2568kN 。
换算到单个螺栓的最大压力载荷：kN F F a 22812/273312/-=-== 螺栓最小拉力：kN F F C C C Q Q m b b p 2100.25267min =+=++
= 最小压力：kN F a 1770-=
换算到单个螺栓的最小压力载荷：kN F F a 14812/177012/-=-== 螺栓最大拉力：kN F F C C C Q Q m b b p 2300.25267max =+=++
= 螺栓最小拉应力：MPa d Q 2974
2min
min ==πσ 螺栓最大拉应力：MPa d Q 32542max
max ==πσ
平均应力：MPa m 3112/)(min max =+=σσσ
应力幅： M P a a 142/)(min max =-=σσσ
三、无限寿命计算校核
1.首先查图3-4，对应MPa b 1000=σ，查得系数a=0.26
2.由式（3-7a ）计算疲劳缺口敏感系数
6578.05
.0/26.011/11=+=+=r a q 3.由图3-7查得表明加工系数车削加工,1β85.01=β
4.由式（3-14）计算4.28
5.0)15.3(6578.01)1(11=⨯-+=-+=βσt K q K
67.231
.15.36.42187.088.05.388.04412.0==⨯+=+=b t AQ K K σ（另一种方法） 5.查得尺寸系数1=ε，无尺寸效应
6.计算576.2185
.0114.211
1=-+=-+=βεσ
σK K D 7.计算平均应力折算系数σϕ
1）真断裂强度MPa MPa b f 1350350=+=σσ
2）MPa 4301=-σ
3）3185.01350/4301===-f
σσϕσ 8.计算m a σσσσ,,,min max
530*30主管螺栓安全系数：
71.2173
4302743185.0364.24301
==⨯+⨯=+=-m a D K n σϕσσσσσ 457*30主管螺栓安全系数：
23.3133
4303113185.0144.24301
==⨯+⨯=+=-m a D K n σϕσσσσσ 结论：
由于螺栓的平均载荷和载荷幅都较小，载荷幅为平均载荷的10%左右，故对螺栓材料的疲劳极限影响较小，由计算可以看出，疲劳安全系数大于2，故螺栓的疲劳强度符合要求，可以长期使用。
参考文献：
<1> 李舜酩 2007 机械疲劳与可靠性设计 科学出版社
<2> 机械设计手册编委会 2007 疲劳强度设计 机械工业出版社。