Ослабление натяжения - одна из главных причин разрушения болтового соединения

11.05.2018

Перевод: Игнатова Д.В., специалист по маркетингу ООО ЗВК «БЕРВЕЛ»


Одной из основных причин выхода болтового соединения из строя является ослабление натяжения. Появление новых технологий и требований создаёт новые проблемы проектирования. Необходимо учитывать такие факторы, как увеличение толщины поверхностных покрытий для борьбы с коррозией, новые технологии с применением слоистых композитных материалов и т.д. Соединения должны выдерживать следующие виды нагрузки: вибрация, динамические нагрузки, осадка, релаксация.

Сегодня всё большую популярность в промышленности приобретают полимеры и слоистые композитные материалы, что лишь усугубляет проблему ослабления болтовых соединений. Последние достижения в области полимерных и слоистых композитных материалов – с их высокой коррозионной стойкостью и впечатляющим соотношением удельной прочности к массе – позволяют снижать массу конструкций, не уменьшая их прочности. Поэтому сегодня производители всё чаще прибегают к использованию деталей из данных материалов в различных отраслях промышленности, начиная с машиностроения и заканчивая авиацией. Эти материалы мягче использовавшихся ранее металлов, поэтому к вибрации и динамическим нагрузкам добавляется риск ослабления.

Существует два основных вида соединения элементов конструкций между собой и с другими материалами: адгезионные (клеевые) и болтовые соединения. Однако применение адгезивов затрудняет, а иногда и исключает возможность разборки элементов конструкции. В промышленности в основном используют именно болтовые соединения. Преимущества болтовых соединений в их технологичности и дешевизне, слабой чувствительности к температурным и атмосферным воздействиям, возможности неразрушающей разборки и т.д. Тем не менее, чем больше число скрепляемых деталей, тем большему ослаблению подвергается болтовое соединение. Оседание и ослабление увеличиваются с каждой дополнительной контактной поверхностью.

Ослабление соединения может быть вызвано следующими факторами:
1. Осадка;
2. Релаксация;
3. Ползучесть металлов.

Осадка

При затяжке болтовых соединений оказываемое на скрепляемые материалы давление приводит к незамедлительному выравниванию поверхностных неровностей и значительной осадке в первые несколько часов после затяжки. После выравнивания детали становятся менее упругими, что приводит к потере предварительного натяга. При значительном снижении предварительного натяга происходит ослабление болтового соединения, что повышает риск возникновения усталостных разрушений деталей.

Релаксация
Некоторые материалы, например, мягкие металлы, композитные материалы и полимеры, со временем уплотняются, приводя к потере предварительного натяга.

Ползучесть

В современных условиях работа конструкций часто бывает сопряжена с высокими температурами. Элементы конструкций сверхзвуковых самолётов нагреваются в полёте до 200 г и выше, детали грузовых турбин авиационных двигателей работают при температуре 600-1000 г. С действием высоких температур приходится считаться в энергетическом и химическом машиностроении и т. д. При повышенных температурах конструкционные материалы обнаруживают два новых свойства – ползучести и длительной прочности. Ползучестью называется возрастание пластической деформации при постоянных нагрузках; длительной прочностью называется зависимость разрушающих напряжений от длительной работы. Наиболее подвержены ползучести материалы в области повышенных температур. Ползучесть материала приводит к росту деформаций, что может быть нежелательным или недопустимым по конструктивным соображениям. Однако наибольшее влияние ползучесть материала оказывает на перераспределение напряжений в элементах конструкций, так как деформации ползучести сопоставимы, а часто и превышают упругие деформации. Указанное явление приводит, например, к релаксации (падению) напряжений затяжки в болтах, к релаксации благоприятных остаточных напряжений после применения упрочняющей технологии и т. д.

 В заключении стоит подчеркнуть, что безопасность болтовых соединений имеет первостепенное значение. Соединение деталей является одним из важнейших этапов создания изделия или системы. Поэтому, чтобы обеспечить максимальную безопасность и надёжность сложных конструкций, необходима непрерывная оптимизация болтовых крепёжных систем.

Дата: 11.05.2018
Источник: Fastener and Fixing magazine