别让小螺栓出大问题！解密螺栓疲劳寿命背后的技术密码

疲劳是指材料在循环载荷作用下逐渐累积损伤直至失效的过程，就螺栓而言，疲劳寿命即指在特定的循环载荷条件下，螺栓能够承受的最大循环次数，而不会因疲劳而失效（即不出现断裂或强度退化）。

 

螺栓的疲劳破坏可能会产生严重的后果，例如在风力发电场中，很多风力发电机运行环境较为恶劣，常受到强风、温度变化等因素影响，加之风机叶片转动产生的交变载荷，易使得螺栓连接处产生相对滑移，连接螺栓逐渐，发展为疲劳断裂，不仅严重影响经济效益，还可能造成严重的安全事故。

 

影响因素

螺栓的疲劳寿命受多种因素影响，主要包括螺纹根部的应力集中、被紧固工件的刚度、接触面状况、预紧力等等。

 

螺纹根部作为截面突变处，受力状况较为严峻，螺纹处缺口及截面变化会导致应力集中，应力集中的地方往往会成为疲劳裂纹的起源点，产生疲劳裂纹并导致疲劳破坏，从而对疲劳寿命产生影响‌。

 

 

螺栓装配后的疲劳强度和预紧力，即在装配时螺栓被拧紧所产生的拉力之间也存在一定的联系。当预紧力合理施加时，可以使螺栓和被连接件之间保持紧密的贴合，有效减少连接部件在承受外部交变载荷时的相对滑移，从而在很大程度上提高螺栓连接的疲劳强度。

 

如果预紧力不足，连接部件在外部交变荷载作用下就容易产生微小滑移，这种滑移会在螺栓的螺纹根部等应力集中区域产生额外的应力波动，从而加速螺栓疲劳裂纹的萌生与扩展。但这并不是说预紧力越大就越好，若预紧力过大，又会使螺栓承受过高的初始拉应力，导致螺栓发生塑性变形，其内部组织结构发生改变，导致疲劳强度急剧下降，甚至可能导致螺栓在装配过程中就发生破坏或断裂。

 

此外，螺栓的疲劳强度与其自身强度、尺寸等因素也有一定关系，因此在评价螺栓的疲劳性能时，应综合考量其他相关因素，并在设计、装配和使用过程中严格把控，才能减少因螺栓疲劳性能不足而产生的各种问题。

 

 

轴向疲劳性能检测

螺栓接头通过轴向载荷疲劳试验进行评估，以了解使接头失效所需的循环载荷程度。轴向载荷疲劳试验通过对预加载螺栓接头施加循环载荷来进行。

 

试验所用试件应从尺寸和机械性能合格的产品中随机抽取，不进行任何机械加工，但应将试件清理干净，防止磕碰和损伤其表面，在各配合表面涂以润滑油。将螺栓试件安装于试验螺母或螺纹衬套上，使试件螺纹收尾至夹具支撑面距离、末端露出试验螺母或螺纹衬套部分长度均满足要求。

 

根据相关标准规范规定的不对称拉伸循环应力型式施加载荷，在恒定平均应力或恒定应力比下持续进行试验，直至试件失效或超过规定的应力循环次数为止。试验应力循环次数通常根据试件材料的耐疲劳性能来确定，对于钢制螺纹紧固件，一般循环500万次。

 

 

除轴向疲劳外，螺栓的弯曲疲劳、扭转疲劳，以及因承受多种载荷导致的复合疲劳等疲劳类型同样应引起重视，采用科学方法进行评价，以采取对应措施，确保螺栓疲劳性能满足实际需求，有效预防螺栓疲劳断裂等问题。

 

总结

螺栓作为在工业领域具有广泛应用的连接件，其使用过程中的安全性和可靠性具有重要的现实意义。准确评估螺栓的疲劳性能，不仅能够在一定程度上确保螺栓的安全使用，还能够为螺栓的生产和研发提供有力支持。在使用时也应通过采取适当增加夹紧力，确保螺栓与被紧固件之间的接触面平整、光滑等措施来提高螺栓的疲劳寿命，以确保机械连接的长久安全与可靠。