疲勞載荷下螺栓剛度及強(qiáng)度退化規(guī)律研究.pdf

1、巖石掘進(jìn)機(jī)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(shí)還要承受由于巖石飛濺或崩裂等引起的振動(dòng)或隨機(jī)載荷。轉(zhuǎn)臺(tái)螺栓用于連接巖石掘進(jìn)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)平臺(tái)，長(zhǎng)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(qiáng)度發(fā)生退化。螺栓的剛度退化會(huì)導(dǎo)致動(dòng)載荷增大，強(qiáng)度退化使得其抵抗外載荷能力降低。直到螺栓的強(qiáng)度小于所承受的最大應(yīng)力時(shí)，螺栓發(fā)生疲勞斷裂，掘進(jìn)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(qiáng)度退化規(guī)律具有重要意義。
　　本文通過(guò)理論分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合的方法，對(duì)材料疲勞載荷下螺栓剩余強(qiáng)度和剩余剛度的退化規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)對(duì)調(diào)質(zhì)45鋼進(jìn)行疲勞強(qiáng)度退化試驗(yàn)，分別進(jìn)行了兩種不同應(yīng)力水平下的拉—壓疲勞試驗(yàn)，得到這兩種應(yīng)力水平下材料的疲勞壽命;測(cè)量不同循環(huán)次數(shù)比下材料的剩余強(qiáng)度和剩余剛度，了解疲勞載荷下材料強(qiáng)度和剛度退化的規(guī)律;
　　(2)建立疲勞

3、載荷下材料強(qiáng)度退化的冪退化模型，試驗(yàn)表明，該模型可以很好地?cái)M合45鋼的強(qiáng)度退化過(guò)程;將模型用于計(jì)算螺栓常用材料35CrMo鋼的剩余強(qiáng)度，所得誤差較小，可知該模型有較好的適用性，且可用于評(píng)估螺栓的強(qiáng)度退化過(guò)程;將本文提出模型與其他學(xué)者提出的強(qiáng)度退化模型進(jìn)行比較，可知冪退化模型擬合效果較好;基于不同載荷對(duì)材料造成的疲勞損傷可以互相轉(zhuǎn)化的假設(shè)下，建立隨機(jī)載荷下材料的剩余強(qiáng)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(shí)刻的剩余強(qiáng)度和剩余剛度取決于材料內(nèi)部同一損傷狀態(tài)的假設(shè)的前提下，建立材料剩余強(qiáng)度和剩余剛度的關(guān)聯(lián)模型，并通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)建立模型進(jìn)行了驗(yàn)證;
　　(4)將本文建立強(qiáng)度退化模型用于評(píng)估巖石掘進(jìn)機(jī)轉(zhuǎn)臺(tái)螺栓在隨機(jī)載荷下的強(qiáng)度退化過(guò)程，可知在多級(jí)疲勞載荷作用后，螺栓強(qiáng)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(jì)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