[发明专利]一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法

说明书

本发明属于螺纹松脱技术领域，提供了一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法，包括对螺纹模型进行受力和松脱分析、对微动滑移状态的分析、建立微动滑移模型、建立仿真模型、基于纹耗散能的微动滑移状态分析、采用微动图分析微动滑移状态。本发明在充分考虑微动摩擦对螺纹松脱影响的基础上，提出了一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法，该方法主要通过建立接触表面数学模型、建立螺纹松脱界面的应力分布和压力分布理论公式、仿真分析界面应力和界面压力等步骤来分析松脱现象，并且通过引入螺纹耗散能与微动图理论使得松脱状态更加清晰，为今后对此类的螺纹松脱研究提供了一种参考思路。基于以上理由本发明可以在螺纹松脱领域广泛推广。

技术领域

本发明涉及一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法，属于螺纹松脱技术领域。

背景技术

螺栓连接结构作为常用的紧固手段，在各类机械结构中应用广泛，尤其是航空、航天领域，螺栓连接结构质量的好坏，对机械设备的整体性能至关重要。而松动是螺栓连接结构失效的主要形式之一，会导致连接件之间夹紧力的逐渐减小，甚至造成整个螺栓连接的失效，引发重大事故，因此研究螺纹连接结构松脱现象对工程实际具有十分重要的意义。

虽然螺纹联接松脱并没有在失效的初始阶段便引起重大事故，但是在其失效的进行过程中，螺栓张紧力会越来越低，由此导致的诸如泄漏、异响等结构故障也是不容忽视的。而且，当螺栓张紧力降低到一定程度时，也可能使得承受侧向载荷的螺纹联接中的螺栓被剪断。因此，对含有螺纹联接结构的机械产品而言，对螺纹联接结构松动进行分析及预测具有十分重要的意义。避免螺纹联接结构在工作过程中出现松脱也已成为目前螺纹联接结构设计所关心的核心问题之一。

南佛罗里达大学的Hess和Pai首次引入局部滑动和完全滑动的概念，来表示接触面之间不同的接触状态，认为完全滑动是局部滑动逐渐发展而来，并且认为引起接触面局部滑动需要的外部载荷要比引起完全滑动需要的载荷小的多。东京大学的Izumi和Sakai将接触面之间接触状态进一步划分，指出接触状态应该分为三种：没有粘着区域的完全滑动、没有稳定粘着区域的微小滑动、有稳定粘着区域的局部滑动。Sakai通过理论分析研究，建立数学模型推导出使螺栓头部支撑面和螺纹啮合面滑移的力和力矩方程，并提出临界滑动的概念，将使螺栓头部支撑面产生滑移的被连接件之间的最小滑动量定义为临界滑动。

基于以上所述情况，各研究学者只是从螺纹松脱的局部因素进行研究并没有提出一套螺纹松脱的完整理论，因此本发明提出一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法，主要是从螺纹的受力分析、螺纹松。脱原因、螺纹滑移扇区、微动摩擦模型建立、微动滑移等方面对螺纹松脱进行全面的阐述，为螺纹松脱理论研究提供一种新思路。

发明内容

本发明为了解决上述问题，发明了一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法。

本发明的技术方案：

一种基于微动摩擦理论的螺纹松脱分析方法，包括对螺纹模型进行受力和松脱分析、对微动滑移状态的分析、建立微动滑移模型、建立仿真模型、基于纹耗散能的微动滑移状态分析、采用微动图分析微动滑移状态；

步骤一、对螺纹模型进行受力和松脱分析

当螺纹受到剪切力时，螺纹受力简化为滑块沿着斜面受力情况，其中滑块等效于螺母，斜面等效于螺纹副；受力分解为沿螺栓轴向的预紧力F、沿水平向右的剪切力F_t、斜面支反力F_r、斜面摩擦力f和螺纹升角所述的松脱分析包括以下三种情况：

⑴当时，即剪切力小于静摩擦，螺纹界面主要发生微动摩擦中的粘结滑移即部分滑移状态，引起螺纹牙的塑形变形，宏观上引起预紧力的小幅度下降，螺纹未发生松脱；μ为摩擦系数；

⑵当剪切力增大到时，处于界面临界滑移状态，不存在粘结部分，螺纹未发生松脱；

⑶当剪切力增大到时，螺纹副处于完全滑移状态，滑块会沿着斜面向剪切力的方向下滑，宏观表现为螺母的旋转，螺纹发生了松脱；