螺栓疲劳强度计算方法的对比与选择
ASME PCC-1与Taylor-Waters法螺栓载荷计算分析与对比
ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＣａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆＢｏｌｔＬｏａｄｓｂｙ ＡＳＭＥＰＣＣ－１ａｎｄＴａｙｌｏｒ－ＷａｔｅｒｓＭｅｔｈｏｄ
ＹｕａｎＣｈｅｎｇｑｉａｎ，ＹａｎｇＪｉａｎｌｉａｎｇ
（ＷｕｘｉＣｈｅｍｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ２１４１３１，Ｃｈｉｎａ）
无论采用哪种方法进行法兰设计，螺栓载荷 及面积的计算都是法兰设计的基础。本文就上述 两种方法中螺栓载荷的计算进行分析，并用实例 计算来进行对比。
１ Ｔａｙｌｏｒ－Ｗａｔｅｒｓ法螺栓载荷计算方法
Ｔａｙｌｏｒ－Ｗａｔｅｒｓ法是美国 ＴａｙｌｏｒＦｏｒｇｅ公司与 学者 Ｗａｔｅｒｓ在 １９３８年提出的螺栓和垫片连接的 法兰设计方法，至今仍被包括美国 ＡＳＭＥＢ＆ＰＶＣｏｄｅ Ⅷ －１［８］、欧盟 ＥＮ１３４４５．３［９］、我国 ＧＢ／Ｔ１５０．３［１０］ 在内的世界各国主流压力容器标准采用，作为非标 法兰的设计方法。Ｔａｙｌｏｒ－Ｗａｔｅｒｓ法是以设计压力 Ｐ、垫片系数 ｍ、垫片比压力 ｙ、有效密封宽度 ｂ等 为条件，通过分别计算预紧状态和操作状态下垫片 所需的压紧力，从而算出所需的螺栓载荷和面积， 进而以螺栓载荷校核法兰本体强度的设计方法。
马氏体不锈钢螺栓材料疲劳性能对比研究
马氏体不锈钢螺栓材料疲劳性能对比研究贾朋刚，张妍（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040）摘要：分析了马氏体不锈钢螺栓材料0Cr13Ni5Mo、0Cr16Ni5Mo和0Cr17Ni4Cu4Nb的疲劳性能和力学性能，提出了马氏体不锈钢螺栓替代合金钢螺栓的可行性，得到了升降法计算的疲劳极限与工程经验公式的差异。
结果表明,0Cr13Ni5Mo与0Cr16Ni5Mo的疲劳极限大于0.23（fl p0.2+5”）小于0.27（5冲+R”）,0Cr17Ni4Cu4Nb的小于0.23（5砂+5”）；0Cr13Ni5Mo强度低、塑韧性好,0Cr17Ni4Cu4Nb强度高、塑韧性差,0Cr16Ni5Mo表现出良好的综合性能。
关键词：马氏体不锈钢;螺栓;疲劳强度中图分类号：TM304文献标识码：A DOI编码：10.16712/ki.=31-1868/tm.2020.02.003o引言承受较大复杂载荷且对水电机组的安全运行起到关键作用的螺栓，所采用的材质多数为34CrNi3Mo、42CrMo、35CrMo等合金钢锻件，在水介质环境或者潮湿环境中长时间运行服役后，表面多数出现了一定程度的锈蚀问题，对检修时螺栓的拆卸安装造成了很大的麻烦，也给后续螺栓的寿命造成了严重的影响[1-2]o马氏体不锈钢材料在常规水介质或者潮湿环境中表现出了良好的耐腐蚀性，目前在水电机组的转轮、抗磨板、迷宫环等流速高腐蚀磨蚀情况比较易发的重要部位得到了广泛的应用。
但是马氏体不锈钢在水电机组的联轴螺栓、顶盖螺栓、桨叶连接螺栓等重要受力紧固件上的应用还尚未看到，其疲劳性能的对比研究还不清楚，目前还只是停留在常规的小型标准件上使用，例如在水箱连接件、水导密封件的连接紧固上宀5+。
因此，有必要研究马氏体不锈钢螺栓材料的疲劳特性，为后续马氏体不锈钢锻件材料在特殊螺栓连接场合替代低合金钢锻件材料的可行性提供有效论证，满足水电机组关键部套的螺栓连接的可靠性和安全性。
5.8级螺栓屈服强度 -回复
5.8级螺栓屈服强度-回复关于5.8级螺栓屈服强度的问题，我将为你详细解答。
首先，我们需要了解什么是螺栓的屈服强度。
螺栓是一种常用的紧固件，在建筑、机械制造等领域中起到连接和固定的作用。
螺栓屈服强度是指在一定条件下，螺栓所能承受的最大应力，也即是螺栓断裂前所能承受的最大拉力。
而5.8级螺栓则是按照国标GB/T3098.1-2010规定的螺纹连接技术条件、螺螺纹连接性能要求和验收规则生产的一种螺栓。
其中，5.8级表示螺栓的材质和性能等级。
数字5表示螺栓的抗拉强度等级，即螺栓在拉伸时所能承受的最大载荷；数字8表示螺栓的抗剪强度等级，即螺栓在剪切力作用下所能承受的最大载荷。
接下来，我们将逐步探讨5.8级螺栓屈服强度的相关内容。
第一步，了解5.8级螺栓的抗拉强度等级。
根据螺纹连接技术条件标准，5级螺栓的抗拉强度为500MPa，6级螺栓的抗拉强度为600MPa，以此类推。
因此，5.8级螺栓的抗拉强度为5级和8级抗拉强度之间的均值，即为550MPa。
第二步，了解5.8级螺栓的抗剪强度等级。
抗剪强度等级是指螺栓在受到剪切力作用下所能承受的最大载荷。
根据规定，5.8级螺栓的抗剪强度为其抗拉强度的60，即330MPa。
第三步，了解螺栓屈服强度的计算方法。
螺栓的屈服强度是指在受拉或受剪情况下，螺栓的材料开始发生塑性变形的应力大小。
根据材料力学原理，屈服强度可以通过螺栓的抗拉强度和抗剪强度来估算。
对于5.8级螺栓的计算，我们可以采用以下公式：屈服强度= 抗拉强度/ 安全系数根据设计的要求和安全系数的选择，一般常用的安全系数为4。
因此，对于5.8级螺栓，其屈服强度可以通过550MPa除以4，得到屈服强度为137.5MPa。
第四步，讨论应用和评估屈服强度。
在实际工程中，根据螺栓的使用场景和施工条件，需要评估螺栓的屈服强度是否满足设计要求。
评估螺栓屈服强度的方法一般有两种：1. 根据实验数据评估。
可以通过对螺栓进行拉伸实验，得到实际的屈服强度，然后与理论计算结果进行对比，判断是否满足要求。
风电高强度螺栓扭矩系数选用的探讨_张凌宝 (1)
106 风能 Wind Energy0 引言随着风力发电产业在国内的迅猛发展，风电用高强度螺栓逐渐显现出它的重要性。
近几年各地风电场出现不同程度的风电机组坠头甚至倒塌事故，造成了重大的财产损失，不仅对风电设备生产商、风电场业主造成影响，也更加影响到整个国产风电机组行业的质量信誉。
其中，由于螺栓预紧力不足，造成螺栓松动，机组运行振动过大，螺栓在长期高频振动下，剪切断裂，最终造成重大事故的比例较大。
究其原因，一是螺栓本身质量不过关，设计制造过程中出现问题；另外一个就是机组在安装及维护过程中螺栓预紧力不足，运行过程中螺栓松动造成的。
本文主要针对机械性能满足GB/T 3098.1的高强度螺栓的预紧力矩风电高强度螺栓扭矩系数选用的探讨张凌宝，赵鹏（锋电能源技术有限公司，北京 100080）摘 要：本文主要针对风电高强度螺栓扭矩系数的选用进行探讨，引用相关标准中的计算公式，比较各方法之间的不同之处，并根据图表解析扭矩系数与摩擦系数之间的关联，通过分析比较，针对现有经验提出缩小风电高强度螺栓扭矩系数范围，建议规范、完善相关标准。
关键词：高强度螺栓; 扭矩系数; 影响因素; 选用范围中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1674-9219(2013)03-0106-06Discussion on Selection of the Torque Coeff i cient of High-strength Boltsin Wind PowerZhang Lingbao, Zhao Peng(Sharpower Technology Co., Ltd., Beijing 100080,China)Abstract: Th is paper mainly discussed on selection of the torque coeffi cient of high strength bolts in wind power ， relevant formulas werereferenced and the diff erences in various methods were also compared. According to the analysis for the chart between torque coeffi cient and friction value ，this paper put forward that reducing the range of the torque coeffi cient of high strength bolts in wind power and proposed to improve relevant standards based on existing experience ．Keywords : high-strength bolts; torque coeffi cient; infl uencing factor; selection range进行详细分析，对螺栓扭矩系数的选用进行探讨。
螺栓预紧力施加方式对计算结果的影响
螺栓预紧力施加方式对计算结果的影响螺栓预紧是一种常见的紧固方式，它可以有效地使结构件保持紧固状态，并保证结构件的安全性和稳定性。
在螺栓预紧中，预紧力的大小对于结构件的性能和可靠性具有很大的影响。
而预紧力大小的计算则会受到施加方式的影响。
螺栓预紧力的施加方式有很多种，经常使用的有扭矩法、伸长量法、弹性率法等，每一种施力方式的结果可能会不同。
下面将就三种施力方式对预紧力大小的计算结果对比进行说明。
首先，扭矩法是最常用的施力方式之一，其原理就是根据螺栓的拉伸强度将螺栓拉伸到一定程度，在这个过程中，扭矩与预紧力的关系是非常重要的。
但是，扭矩法的不同施力方式会产生很大的影响，因为不同的施力方式所使用的扭矩系数和螺纹的摩擦系数也是不同的。
例如在下雨的环境中，由于螺纹表面容易滑动，扭矩系数可能会比正常情况下大很多，这样就会使得预紧力的计算结果出现较大偏差。
其次，伸长量法在实际生产中也经常使用，它的原理是通过对螺栓松开和重新拉伸之后的长度变化量计算预紧力大小。
但是，这种方法也存在很大的不确定因素，因为在拉伸过程中，由于螺栓材料的非线性特性，螺栓的变形也会受到一定的限制，使得预紧力的计算变得困难。
因此，在使用伸长量法计算预紧力时，一定要根据实际情况进行修正并检验其合理性。
最后，弹性率法也是一种常用的施力方式。
它的原理是利用材料的弹性变形来计算预紧力。
在这种方法中，首先需要进行材料的试验，通过试验得到螺栓的弹性模量以及泊松比等参数，然后根据这些参数计算出螺栓的预紧力。
与扭矩法和伸长量法相比，弹性率法可以减少许多不确定性因素，因此，它在实际生产中被广泛采用。
综上所述，螺栓预紧力施加方式对预紧力计算结果的影响是非常显著的。
在实际应用中，必须根据具体情况进行选择合适的方法，并结合实际调试情况进行修正和检验，以减小误差并保证结构件的安全性和可靠性。
随着社会发展，数据已经成为了人们生活、工作、学习中不可或缺的一部分。
数据可以使人们更好地了解现实情况，更好地掌握决策，也可以帮助人们进行有效的分析和预测。
铝合金板件螺栓连接承压强度试验与计算方法_王元清
屋盖采用铝合金单层网壳， 铝合金材料牌号为 6061 ［2 ］ － T6 ， 网壳的铝合金节点采用螺栓连接 ； 在2001
收稿日期： 2010 － 11 － 12 基金项 目： 高 等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 资 助 项 目 （ 20090002110046 ） 作者简介： 王元清（ 1963 － ） ， 男， 教授， 博导． 研究方向： 钢结构； mail： wang － yq@ tsinghua． edu． cn 铝合金结构． E-
铝合金板件螺栓连接的承压破坏形态有 2 种： ［9 ］ 螺栓从端部拉脱和螺栓孔塑性变形被拉长 。 其 承压承载力需要同时考虑强度准则和变形准则 ， 考 ［10 ］ Kim 等 提出当螺栓孔变形 虑到正常使用的要求， 达到孔径的 30% 时， 认为螺栓连接不再适合继续承 EC9 也采用了这一限值规定。 载而达到了极限状态， 作者通过进行铝合金板件螺栓连接节点的承压 试验研究， 分析螺栓直径和端距对节点承压承载力 的影响。利用有限元分析手段对试验过程进行数值 模拟及参数分析， 探索铝合金板件承压强度的计算 方法。
研 究， 提出了设计建议公式 。 中国于2007 年颁布的
204
［7 ］
四川大学学报（ 工程科学版）
第 43 卷
铝合金结构设计规范 给出了铝合金板件螺栓连 其中构件的承压强度直接按照 接的相关设计公式， 欧洲规范 （ EC9 ） 取值， 而目前国内铝合金板件螺 栓连接的承压性能仍然需要进一步研究 。
铝合金材料最初在航空等领域取得了成功的应 用， 由于其自重轻、 耐腐蚀性和耐久性好等特点而被 引入了建筑结构领域。当前铝合金结构在中国已经 取得了成功的应用， 主要结构形式包括铝合金网壳、
［1 ］ 网架， 铝 合 金 桁 架 等， 展 现 了 良 好 的 应 用 前 景。 中国现代五项赛事中心游泳击剑馆位于成都市 ， 其
螺栓疲劳强度计算方法的对比与选择
螺栓疲劳强度计算方法的对比与选择在工程设计和结构分析中，螺栓是常用的连接元件。
由于螺栓在使用过程中会受到不断变化的载荷作用，容易产生疲劳损伤，导致螺栓断裂。
因此，对于螺栓的疲劳强度进行准确的计算和评估非常重要。
螺栓的疲劳强度计算方法可以分为经验公式法、应力幅法、应力范围法和有限元法等多个方法。
下面就这几种方法进行详细的对比分析。
1.经验公式法经验公式法是根据实验数据和经验公式进行计算，是最简单的计算方法之一、经验公式法计算的主要参数是螺栓的材料、直径和载荷等。
这种方法计算简便，但准确度一般较低，只适用于一些简单载荷情况和无特殊要求的结构。
2.应力幅法应力幅法是一种常用的计算方法，其基本原理是根据螺栓在载荷作用下的应力幅大小来评估螺栓的疲劳强度。
应力幅法计算的主要参数是螺栓的应力幅极限和应力集中系数等。
这种方法相对比较简单，适用于单轴载荷和小范围应力集中的情况。
3.应力范围法应力范围法是一种综合考虑应力幅和平均应力的计算方法，是最常用的螺栓疲劳强度计算方法之一、应力范围法计算的主要参数是螺栓的应力范围和应力集中系数等。
这种方法适用于多轴载荷和大范围应力集中的情况，精度相对较高。
4.有限元法有限元法是一种基于力学原理和数值计算的方法，可以精确地计算螺栓的应力分布和疲劳强度。
这种方法需要建立复杂的有限元模型，进行有限元分析计算。
与其他方法相比，有限元法计算精度更高，但计算量大，适用于复杂载荷和应力集中较严重的情况。
对于选择螺栓疲劳强度计算方法，需要根据具体的工程要求和实际情况进行综合考虑。
一般来说，对于简单的结构和载荷条件，可以采用经验公式法或应力幅法进行估计；对于复杂的结构和载荷条件，应优先考虑应力范围法或有限元法进行精确计算。
在实际工程中，也可以结合不同方法进行对比验证，以提高计算结果的准确性。
总之，螺栓疲劳强度的计算方法有多种选择，每种方法都有其适用的范围和优缺点。
在选择方法时需要充分考虑工程要求、计算精度和计算成本等因素，以得到准确可靠的计算结果。
车桥半轴螺栓预紧强度计算-统计对比(供设计参考)
车桥半轴螺栓预紧强度计算-统计对比（供设计参考）
-2020.02.14
本计算只是做简单的计算对比，实际计算时需要考虑紧固件的形式、紧固件的布置状态、是否有减载结构设计等因素。
对计算仅供参考。
本计算对EQ140系列、EQ145系列、EQ1094系列、EQ153系列、MT459系列进行了计算。
便于对比数据。
注：
1，此计算根据螺栓要求的工艺力矩范围，折算了螺栓的抗半轴扭矩与半轴扭矩的安全系数，和此扭矩时螺栓的预紧力与最大允许预紧力的比值（相当于安全系数）。
这两个数据便于设计或定工艺参数时，作为经验参考值。
2，上述计算的“允许最大预紧力”相当于手册中的螺栓保证载荷。
（也相当于螺栓的屈服状态对应的预紧力值。
）
3，螺栓最小截面直径也可以查询标准文件获得。
得到上述数据后，在以后新设计桥型时，可以参考此计算得到的经验安全系数。
计算表格如下：
统计计算-（半轴螺
栓）.xlsx
参考文件：
1，预紧力和预紧扭矩折算经验公式：
Mt=K∗P0∗d∗0.001 Mt为预紧扭矩Nm；
K为预紧扭矩系数；
P0为轴向预紧力N；
d为螺栓公称直径mm。
2，牙型的基本参数：
3，螺栓的预紧后的应力建议值：
4，参考摩擦系数：
5，螺栓拧紧力矩系数-参考推荐值（注：根据实验测定的螺栓K值才是最精确的）：。
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一 介 绍 !并 加 以 比 较 &
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螺栓的受力分析
绝大多数螺栓联接都是紧联接! 在承
受 预 紧 力 !( 作 用 的 同 时 ! 还 承 受 由 ) 到 !* 循环变化的脉动工作载荷! 典型脉动工作 载 荷 变 化 图 参 见 图 %&
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图! 螺栓工作拉力 !" 变化示意图
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螺栓在承受工作载荷后! 根据螺栓和 被 联 接 件 的 变 化 情 况 ! 螺 栓 的 预 紧 力 !) 会 减 少 至 残 余 预 紧 力 !% ! 其 变 化 示 意 图 如 图
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螺 栓 受 到 的 总 拉 力 !$ 等 于 残 余 预 紧 力
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校核! 考虑到规律性载荷是非规律性载荷 的一 种 特 例 !也 采 用 方 法 " 进 行 计 算 !得 到 的计算安全系数分别为& 计算方法 计 算 安 全 系 数 #7*
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! 最小应力保持不变 & 应力幅
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3 应力比保持不变 &./8 " 疲劳损伤累积假说 !.8& 实 例 &&大 型 模 锻 水 压 机 立 机 端 的 螺 栓 联 接 ! 其 中 螺 栓 直 径 +-/ ## ! ! $! % !+4() ##& ! !$ % !"."!()##& ! !! % -.-4 ! "! % /.3- ! !#01 % "/.28()## ! 5 #!6%!.- $ 在 已 知 条 件 相 同 的 前 提 下 ! 采 用 方 法 ! %& %3 %" 进 行
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$$ 最大应力值 !435 $ $$ 最小应力值 !467 $ 满足式 "’%条件即为满足疲劳强度要求 &
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式中各参数意义同上 满足式 (: #条件即为满足疲劳强度要求 &
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用疲劳损伤累积假说计算疲劳强度 前面介绍的几种计算螺栓疲劳强度的
$$ 尺寸系数 !具体值可查文献!%" #! $ $$ 表面质量系数 ! 具体值可查文 $! $ 献
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按照应力比保持不变计算疲劳强度 还有一种螺栓疲劳强度计算的方法 ! 即
$$ 强化系数 ! 具体值可查文献!%" $2 $ $$ 循环拉应力的应力幅 !3 $
按照应力比 % - !)8!’ 保持不变进行计算
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$$ 材料对称循环拉压疲劳极限 ! !+, $ 具体值可由下式计算得出
疲劳强度的计算 !其计算公式为!."
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式中
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$$ 材料的抗拉强度极限 ! 具体值 !0 $ 可查机械设计手册
凿岩机械气动工具 !!""! "" #
$$ 计算安全系数 !13 $
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图! 非规律性变应力转化为分级稳定交变应力
时间
$$ 材料的屈服强度极限 ! 具体值 !!!!!! $ 可查机械设计手册 $$ 不 稳 定 变 应 力 的 计 算 应 力 ! !"# $
!!!!(
应 变 状 态 ! 现 在 已 经 很 普 遍 ’* ’$( ! 但 对 于 交 变载荷作用下螺栓的有限元分析! 还很少 有 人 进 行 & 实 际 上 !可 以 利 用 有 限 元 分 析 的 应力结果! 按照前面介绍的疲劳强度公式 计算螺栓的疲劳强度! 也可以利用有限元 分 析 软 件 +,-.- 进 行 任 意 载 荷 下 的 螺 栓 疲劳计算&
应力应变 疲劳分析 疲劳寿命
材料参量 图" 基于有限元分析结果的疲劳寿命分析流程图
1
各种计算方法的应用实例
螺栓联接疲劳强度的几种计算方法 ! 各
螺栓联接的重要性程度 ’ 载荷情况选用适当 的计算方法 ! 以保证螺栓联接的安全性 & 下 面为两个应用实例 * 实 例 "* 某 一 气 缸 盖 螺 栓 联 接 ! 其 中 螺
式中
"# % !% "# $ "%
"# 称为螺栓的相对刚度 ! 其取值 "# $ "%
"# & 由垫 片 材 料 决 定 ) 一 般 推 荐 下 列 数 据 $ 金 属 垫 片 或 无 垫 片 &’%( &)! ! 皮 革 垫 片 &)* ! 铜 皮 石 棉 垫 片 &)+ ! 橡 胶 垫 片 &), -#. ) 由 式 * # # 可 以 看 到 ! 总 拉 力 !! 由 !& 到
!"!
按照应力幅计算疲劳强度 拉 力 幅 &’ 是 影 响 螺 栓 疲 劳 强 度 的 最 大
方 法 !都 是 对 于 规 律 性 的 交 变 应 力 !而 对 于 非 规 律 性 的 变 应 力 !计 算 时 !可 以 先 简 化 为 分 级 稳 定 交 变 应 力 ( 如 图 ; 所 示 #! 按 照 疲 劳 损 伤 累 积 假 说 ! 即 米 奈 ( <67=> # 法 则 ! 进 行计算& 疲劳强度计算公式为!,"
$$ 许用应力幅 !!!3" !!3" $
!8, ’ !!3" $!
$$ 按应力幅计算时的许用安全 !!3" $ 系 数 ! 对 螺 栓 联 接 ! !!3" ,&:!’&: 其他参数意义同上 & 满足式 (. #条件即为满足疲劳强度要求 & 另外 ! 还有一种按照应力幅进行计算的
!;"
!3 ! !!3"
’’( ! ")%!%)# 满 足 条 件 "$ % 即 为 满 足 疲 劳 强 度 要 求 & #$"
用有限元法计算螺栓疲劳强度 用有限元法分析螺栓受静载荷时应力
载荷历史 有限元分析
-.- 里 进 行 疲 劳 计 算 ! 得 到 指 定 位 置 的 疲 劳寿命耗用系数& 具体的分析流程图如 *
所 示 ’0( &
#
有所长 & 实际进行疲劳强度计算时 ! 应根据
凿岩机械气动工具 !!""!""#
栓 直 径 为 !" ## ! ! $! % &!’ ()##& ! !* %
机械设备中重要的螺栓疲劳强度的计算和 校 核 !应 该 选 用 方 法 !! 即 按 照 最 小 应 力 保 持不变进行疲劳强度计算( 对于机械设备 中一般性的螺栓疲劳强度的计算和校核! 应 该 选 用 方 法 &! 即 按 照 应 力 幅 进 行 疲 劳 强度计算( 对不重要的螺栓联接疲劳强度 的 计 算 和 校 核 !应 选 用 方 法 3! 即 按 照 应 力 比保持不变进行疲劳强度计算$ "& ’ 对 于 承 受 非 规 律 性 的 变 应 力 的 螺 栓 ! 应 按 照 疲 劳 损 伤 累 积 假 说 " 方 法 " ’! 即 米 奈 " 901:; ’ 法 则 ! 进 行 疲 劳 计 算 $ "3 ’ 用 有 限 元 法 对 交 变 载 荷 作 用 下 螺 栓 疲 劳 寿 命 的 计 算 " 方 法 - ’! 可 以 利 用 有 限元分析的应力结果! 按照介绍的疲劳强 度公式计算螺栓的疲劳强度! 也可以直接 在有限元软件中进行螺栓疲劳计算! 现在 这种方法还很少有人应用! 今后应加强这 方面的研究! 推广用有限元法对螺栓进行 疲劳寿命的分析$ 参考文献!