疲勞載荷下螺栓剛度及強度退化規(guī)律研究.pdf

1、巖石掘進機主要用于截割任意形狀斷面的井下巖石、煤或半煤巖巷道，其工作環(huán)境十分惡劣，承受工作載荷主要為沖擊載荷，同時還要承受由于巖石飛濺或崩裂等引起的振動或隨機載荷。轉臺螺栓用于連接巖石掘進機的轉動平臺，長期承受較大的沖擊載荷，致使螺栓內(nèi)部的損傷不斷累積，螺栓的剛度和強度發(fā)生退化。螺栓的剛度退化會導致動載荷增大，強度退化使得其抵抗外載荷能力降低。直到螺栓的強度小于所承受的最大應力時，螺栓發(fā)生疲勞斷裂，掘進臂脫落，易造成人員傷亡的重大惡性事

2、故。因此研究螺栓的沖擊疲勞剛度和強度退化規(guī)律具有重要意義。
　　本文通過理論分析與試驗研究相結合的方法，對材料疲勞載荷下螺栓剩余強度和剩余剛度的退化規(guī)律進行了系統(tǒng)的研究。具體研究內(nèi)容如下：
　　(1)對調(diào)質(zhì)45鋼進行疲勞強度退化試驗，分別進行了兩種不同應力水平下的拉—壓疲勞試驗，得到這兩種應力水平下材料的疲勞壽命;測量不同循環(huán)次數(shù)比下材料的剩余強度和剩余剛度，了解疲勞載荷下材料強度和剛度退化的規(guī)律;
　　(2)建立疲勞

3、載荷下材料強度退化的冪退化模型，試驗表明，該模型可以很好地擬合45鋼的強度退化過程;將模型用于計算螺栓常用材料35CrMo鋼的剩余強度，所得誤差較小，可知該模型有較好的適用性，且可用于評估螺栓的強度退化過程;將本文提出模型與其他學者提出的強度退化模型進行比較，可知冪退化模型擬合效果較好;基于不同載荷對材料造成的疲勞損傷可以互相轉化的假設下，建立隨機載荷下材料的剩余強度退化模型;
　　(3)建立疲勞載荷下材料的剛度退化模型，并在同一

4、時刻的剩余強度和剩余剛度取決于材料內(nèi)部同一損傷狀態(tài)的假設的前提下，建立材料剩余強度和剩余剛度的關聯(lián)模型，并通過試驗數(shù)據(jù)對建立模型進行了驗證;
　　(4)將本文建立強度退化模型用于評估巖石掘進機轉臺螺栓在隨機載荷下的強度退化過程，可知在多級疲勞載荷作用后，螺栓強度發(fā)生退化，其剩余疲勞壽命僅為0.2N，極易發(fā)生疲勞斷裂;用ANSYS計算不同剛度下螺栓的受力情況，比較不同剛度下螺栓的受力大小以及變形情況，可知隨著剛度的退化，螺栓變形增大