螺栓拉伸與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析
（1）拉伸與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析
在拉伸應(yīng)力作用下，螺栓內(nèi)任意一點上的拉應(yīng)力σ1都是軸向的，壓縮應(yīng)力σ3則與軸向拉伸應(yīng)力垂直，最大剪切力τmax與軸向成45°，見圖10-1(a)。
當(dāng)螺栓為桿徑小于螺紋底徑的彈性螺栓或螺紋底徑小于桿徑的常用螺栓時，彈性螺栓細(xì)桿徑處和常用螺栓的螺紋底徑為危險截面，危險截面上軸向拉伸應(yīng)力最大。無缺陷螺栓的斷裂首先從危險截面靠近螺栓的心部發(fā)生，并向外表面擴(kuò)展，斷裂前，塑性材料螺栓發(fā)生伸長和縮頸的變形較大；脆性材料螺栓的變形和收縮率很小。
安裝或服役中螺栓發(fā)生過載塑性斷裂時，由拉伸載荷產(chǎn)生的切應(yīng)力在斷裂之前使螺栓發(fā)生很大的變形，最后發(fā)生頸縮斷裂，裂紋在頸縮截面心部沿最大切應(yīng)力方向形核并擴(kuò)展，與螺栓軸向約成45°。宏觀斷裂面上有明顯剪切唇，頸縮明顯。工程上以斷面收縮率表示材料的塑性，斷面收縮率越大塑性越好。
對脆性斷裂螺栓，單向拉伸過載而發(fā)生斷裂，斷面大體上垂直拉伸方向，伴有少量的永久變形斷裂，而斷面收縮率很小。
（2）塑性斷裂、脆性斷裂螺栓的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力分析
當(dāng)螺栓受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力載荷時，螺栓各點均處于純剪應(yīng)力狀態(tài)，螺栓危險截面的圓周上任意一點受到的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力最大，見圖10-1 (b)。
螺栓發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形后斷裂時，受扭轉(zhuǎn)應(yīng)力作用，在斷裂前切應(yīng)力引起的塑性變形宏觀上不明顯，斷裂后斷口齊平。單一扭轉(zhuǎn)過載斷裂常發(fā)生在垂直軸心線的危險橫截面上，斷裂源在危險橫截面的表面，最終斷裂區(qū)在心部，如果扭轉(zhuǎn)時還受到彎曲應(yīng)力，則最終斷裂區(qū)偏離心部。
圖10-1 螺栓在受純拉伸(a)、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力(b)及塑性、脆性
斷裂承受過載時的斷裂特征示意圖
螺栓脆性斷裂時，危險截面的應(yīng)力最大，斷裂源在危險截面的表面缺陷或內(nèi)部缺陷處產(chǎn)生并擴(kuò)展，斷口呈結(jié)晶狀，常常有沿晶二次裂紋。
在螺紋緊固連接中，外螺紋承受的力是拉伸應(yīng)力（軸向力），被緊固部件承受的力是壓縮力，這兩個力互為反作用力。這兩力同外螺紋及內(nèi)螺紋的緊固支撐面和螺紋與接觸面的摩擦阻力結(jié)合，做出有用功，使螺紋緊固不松動。無論是旋擰螺栓，還是旋擰螺母都能達(dá)到緊固的目的。
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