Typ skrútenia-šmykuvysokopevnostné skrutky-sú kľúčové spojovacie prvky bežne používané v konštrukčných spojoch. Tento dokument poskytuje podrobný úvod a systematickú analýzu ich štruktúry, výkonu jadra a inžinierskych aplikácií: najprv sa zaoberá ich základnou štruktúrou a princípom fungovania, potom sa ponorí do ich vysoko{1}}pevnostných charakteristík, seizmickej výkonnosti a typických aplikácií v oblasti inžinierstva a nakoniec navrhuje budúce smery vývoja takýchto skrutiek, ktoré poskytnú referenciu pre relevantný výskum a prax.
Kľúčové slová: Skrutky s vysokou pevnosťou v skrútení-v šmyku; štrukturálne spojenia; mechanické vlastnosti; inžinierske aplikácie; rozvojové smery
1. Úvod
Ako najzákladnejšie spojovacie prvky v mechanickej a stavebnej oblasti sú skrutky široko používané v spojovacích uzloch rôznych štruktúr. Skrutky s vysokou pevnosťou v skrútení-v šmyku- sú efektívne spojovacie komponenty vyvinuté na základe tradičných skrutiek. S hlavnými výhodami „kontrolovateľného inštalačného krútiaceho momentu, vysokej spoľahlivosti pripojenia, vysokej pevnosti a vynikajúceho seizmického výkonu“ sa stali hlavnou metódou pripojenia v oblastiach, ako sú oceľové konštrukcie a ťažké stroje, a v posledných rokoch im bola venovaná značná pozornosť v inžinierskej praxi a akademickom výskume. Tento dokument systematicky triedi štrukturálne charakteristiky, výkon jadra a aplikačné scenáre skrutiek s vysokou pevnosťou v skrútení-šmykového typu, objasňuje ich technické výhody a analyzuje budúce smery výskumu v kombinácii s potrebami rozvoja priemyslu, čím poskytuje teoretickú podporu pre ich širšie inžinierske aplikácie.
2. Štruktúra a princíp činnosti skrútených{1}}typu skrutiek s vysokou pevnosťou-strihu
Základné súčasti skrutiek s vysokou pevnosťou v skrútení-v šmyku{1}}zahŕňajú telo skrutky, maticu a podložku. Zásadný rozdiel medzi ich štruktúrou a tradičnými-skrutkami s vysokou pevnosťou spočíva všpeciálny skrútený-zárez na konci tela skrutky-a nie "časti s viacnásobným skrútením{1}}". Tento zárez je slabým článkom spájajúcim hlavu skrutky a driek a jeho pevnosť v priereze-je presne navrhnutá tak, aby zodpovedala predbežnému-uťahovaciemu momentu skrutky.
Jeho pracovný princíp je rozdelený do dvoch etáp: „inštalácia a utiahnutie“ a „nosné-zaťaženie“. Počas inštalácie sa používa špeciálny momentový kľúč na upnutie hlavy skrutky a šesťhrannej hlavy na konci a predbežná uťahovacia sila sa vytvára pôsobením krútiaceho momentu na skrutku. Keď krútiaci moment dosiahne konštrukčnú prahovú hodnotu, koncový skrútený-zárez sa odstrihne pozdĺž vopred určeného prierezu-. V súčasnosti sila predbežného uťahovania skrutiek- len spĺňa požiadavky špecifikácie, čím sa realizuje presné utiahnutie „riadiaceho krútiaceho momentu prostredníctvom šmyku“ a predchádza sa problémom s nedostatočnou silou predbežného utiahnutia alebo preťažením spôsobeným nepresnou kontrolou krútiaceho momentu tradičných skrutiek. Vo fáze nosenia-skrutka zaisťuje, že spojené časti tesne priliehajú cez predťahovú{11}}silu drieku v ťahu, prenáša šmykovú silu prostredníctvom trenia medzi spojenými časťami a driek samotný môže pomáhať pri znášaní časti šmykového zaťaženia, čím vytvára „trecie-mechanizmus šmykového spojenia, ktorý výrazne zlepšuje spoľahlivosť šmykového spojenia, colla
3. Výkon skrutkových{1}}skrutiek typu s vysokou pevnosťou v strihu{2}
3.1 Vysoký-výkon
Skrutky s vysokou pevnosťou v skrútení-strihu-sa zvyčajne vyrábajú z vysokokvalitnej-legovanej konštrukčnej ocele, ako je 42CrMoA. Po tepelnom spracovaní kalením a popúšťaním (kalenie + popúšťanie pri vysokej{6}}tepe) ich stupeň pevnosti vo všeobecnosti dosiahne stupeň 10,9 alebo vyšší a produkty používané v niektorých špeciálnych scenároch môžu dosiahnuť stupeň 12,9. Ich pevnosť v ťahu nie je menšia ako 1 000 MPa a ich pevnosť v šmyku je 1,5-2-krát väčšia ako v prípade bežných skrutiek triedy 8.8, čo môže efektívne spĺňať potreby-scenárov spájania s vysokým zaťažením, ako sú spoje oceľových nosníkov{15}}stĺpov a mostové oceľové nosníky. V porovnaní s tradičnými-skrutkami s vysokou pevnosťou spočíva ich výhoda nielen v pevnosti materiálu, ale aj v stabilite ložiska, ktorú prináša „presná kontrola sily predbežného utiahnutia-skrutiek, čím sa predchádza problémom s čiastočným preťažením skrutiek a čiastočným zlyhaním skrutiek spôsobeným diskrétnou silou predbežného utiahnutia.
3.2 Seizmický výkon
Seizmická výhoda skrutiek s vysokou pevnosťou v skrútení-šmykového typu-vychádza z charakteristík „presného predbežného-utiahnutia + flexibilného ložiska“: na jednej strane presná predbežná uťahovacia sila-udrží spojené časti tesne namontované. Dokonca aj pri pôsobení seizmických cyklických zaťažení môže byť šmyková sila účinne prenášaná prostredníctvom trenia kontaktnej plochy, čím sa znižuje šmyková deformácia samotnej skrutky; na druhej strane úprava kalením a temperovaním tela skrutky mu dáva vysokú pevnosť a dobrú húževnatosť. Pri nárazovom zaťažení generovanom zemetraseniami môže absorbovať energiu miernou elastickou deformáciou, aby sa zabránilo krehkému lomu. Relevantné údaje zo skúšok ukazujú, že spoje oceľových konštrukcií s použitím skrutiek s vysokou pevnosťou v skrútení-v šmyku- nemajú pri častých zemetraseniach žiadne zjavné poškodenie a pri zriedkavých zemetraseniach dochádza len k miernej plastickej deformácii skrutiek. Celkový seizmický výkon spojov sa zlepšil o viac ako 30 % v porovnaní s tradičnými skrutkovými spojmi, čo môže účinne znížiť koncentráciu konštrukčného napätia a zabezpečiť celkovú seizmickú bezpečnosť konštrukcie.
4. Použitie skrutiek s vysokou pevnosťou v skrútení-typu strihu-
Vďaka svojim výhodám presného utiahnutia, vysokej pevnosti a seizmickej odolnosti sa skrutky s vysokou pevnosťou v skrútení-v šmyku{1}} stali preferovanými spojovacími prvkami v oblastiach vyžadujúcich vysokú spoľahlivosť spojenia. Typické scenáre aplikácie zahŕňajú:
budovanie oceľových konštrukcií: ako sú trámové-stĺpové spoje oceľových rámov výškových budov, spoje žeriavových trámov dielní oceľových konštrukcií a uzlové spoje veľkorozponových priestorových konštrukcií, ktoré zabezpečujú stabilitu konštrukcie pri zaťažení vetrom a seizmickom zaťažení;
Mostné inžinierstvo: používa sa na spájanie oceľových skriňových nosníkov, spojenia medzi piliermi mosta a nosníkmi a uzly oceľových konštrukcií káblových{0}}veží mostov, ktoré sa prispôsobujú zložitým silám mostov pri dynamickom zaťažení vozidla a teplotným zmenám;
Ťažké stroje: ako sú rámové spoje banských strojov, prírubové spoje vežových zariadení veternej energie a spoje nosných konštrukcií metalurgických zariadení, ktoré nesú vysoké zaťaženie a vibrácie;
Železničná doprava: vrátane železničných oceľových mostov a oceľových konštrukcií podporných spojov mestskej železničnej dopravy, ktoré spĺňajú prísne požiadavky železničného systému na presnosť a trvanlivosť spojenia.
Treba poznamenať, že takéto skrutky nie sú vhodné pre dlhodobé-vysoké{1}}teploty (nad 300 stupňov) alebo silné korózne prostredia. Ak je potrebné ich použiť v takýchto scenároch, mali by sa použiť dodatočné antikorózne úpravy povrchu (ako je Dacromet, infiltrácia zinku atď.) a teplotne -odolné zliatinové materiály.
5. Smery vývoja skrútených-typu skrutiek s vysokou pevnosťou-strihu
5.1 Výskum modernizácie materiálu
V budúcnosti by sme sa mali zamerať na vývoj dvoch typov materiálov: jedným sú „zliatiny s ultra{0}}vysokou pevnosťou a koróziou-“. Kombináciou technológie mikrolegovania a procesov povrchovej úpravy sa pevnosť zvyšuje na stupeň 14.9 na základe existujúceho stupňa 12.9. Odolnosť proti korózii v morskej atmosfére a v priemyselných koróznych prostrediach sa zároveň zvyšuje pridaním prvkov chrómu, niklu alebo použitím technológie bezchrómovej povrchovej úpravy; druhým sú „ľahké materiály“, ktoré skúmajú použitie zliatin titánu a vysokopevnostnej nehrdzavejúcej ocele v skrútených-skrutkách typu strihu, aby vyhovovali potrebám ľahkých a vysoko{8}}čistotných scenárov, ako sú letecké a lekárske vybavenie.
5.2 Štrukturálna a procesná optimalizácia
Smery štrukturálnej optimalizácie zahŕňajú: navrhovanie variabilných priečnych{0}}skrútení{1}}rezov, aby bola spotreba energie skrutiek rovnomernejšia počas inštalácie a strihania, čím sa ďalej zlepšuje presnosť kontroly predbežnej uťahovacej sily; vývoj integrovaného dizajnu so „štruktúrou proti-uvoľňovaniu“ a integrovaním podložiek proti-uvoľňovaniu na konciskrutkyprispôsobiť sa mechanickým scenárom s častými vibráciami. Optimalizácia procesu sa zameriava na kombináciu technológie tvárnenia za studena a procesu tepelného spracovania. Presným riadením deformácie za studena, aby sa znížilo vnútorné napätie materiálu, v kombinácii so segmentovaným kalením a temperovaním, sa zlepšuje jednotnosť výkonu skrutiek a znižuje sa množstvo odpadu vo výrobnom procese.
5.3 Zlepšenie numerického simulačného a testovacieho systému
Pomocou technológie analýzy konečných prvkov (FEA) vytvorte úplný -numerický model skrutiek životného cyklu od „inštalácie a strihu“ po „nosné{1}}nosenie“, simulujte zákon degradácie výkonu skrutiek pri rôznych teplotách a koróznych prostrediach a poskytnite teoretický základ pre výber v špeciálnych scenároch. zároveň zlepšiť testovací výskumný systém. Okrem konvenčných skúšok ťahom a šmykom pridajte „testy únavovej životnosti“ a „korózne-testy únavovej väzby“ a vytvorte metódu hodnotenia životnosti skrutiek založenú na teórii spoľahlivosti, čím prelomíte súčasné obmedzenie spoliehania sa na empirické údaje a poskytnete viac vedeckej technickej podpory pre inžinierske aplikácie.
6. Záver
Skrutky s vysokou pevnosťou v skrútení-smykového typu- sú účinné konštrukčné spojovacie spojovacie prvky, ktoré integrujú „presné utiahnutie, vysokú pevnosť a vysokú seizmickú odolnosť“. Ich hlavnou výhodou je dosiahnuť presnú kontrolu sily predbežného uťahovania-pomocou špeciálnej skrútenej-šmykovej štruktúry, čím sa riešia kľúčové bolestivé body tradičných skrutkových spojov. V súčasnosti sa široko používajú v oblastiach, ako sú stavebníctvo, mosty a ťažké stroje, a stali sa základnými komponentmi na zabezpečenie vysoko-zaťaženia a vysokej{7}}spoľahlivosti spojení.
V budúcnosti bude hlavným smerom vývoja skrutiek s vysokou pevnosťou v skrútení{0}}v šmyku{1}} dosiahnutie „vyššej pevnosti + lepšej odolnosti proti korózii“ prostredníctvom modernizácie materiálu, zlepšenie účinnosti inštalácie a stability ložísk prostredníctvom optimalizácie konštrukcie a procesu a zlepšenie systému hodnotenia výkonu prostredníctvom numerickej simulácie a testovacieho výskumu. S prelomom týchto technológií sa ich aplikačné scenáre ďalej rozšíria do náročnejších oblastí, ako je námorné inžinierstvo a letecký priemysel, čím sa poskytnú spoľahlivejšie záruky pripojenia pre špičkovú-výrobu zariadení a hlavné inžinierske konštrukcie.
