Waarom falen bouten bij vermoeidheid?

Je vraagt ​​je misschien af: hoe kan een bout van metaal last hebben van vermoeidheid? Nadat koolstofstaal tot bouten is verwerkt, kan cyclische belasting op lange termijn -in feite spanningsconcentraties in lokale gebieden veroorzaken als de initiële technische parameters en mechanische eigenschappen niet aan de eisen voldoen. Wanneer een dergelijke spanning een kritiek niveau bereikt, zullen er kleine scheurtjes in de bout ontstaan ​​- dit is slechts de eerste fase van vermoeidheid. Naarmate het aantal belastingscycli tot een bepaald niveau toeneemt, verspreiden de scheuren zich en leiden uiteindelijk tot plotselinge breuken. Dit is het mechanisme en resultaat van het falen van boutmoeheid.

Waarom treedt vermoeidheid op bijkoolstofstalen bouten? Hebben bouten met een hogere-sterkte een grotere kans op vermoeidheid? Ten eerste is vermoeidheid niet direct gerelateerd aan het sterkteniveau van de bout. Gewone bouten hebben lagere sterkte-eisen en worden gebruikt in milde omstandigheden waar vermoeidheidseffecten beperkt zijn. Bouten met hoge-sterkte worden echter toegepast in omgevingen met strenge trekeisen, waardoor het risico op vermoeidheid uiteraard toeneemt. Om deze reden vinden de meeste vermoeiingsstoringen die we in de praktijk tegenkomen plaats in bouten met hoge-sterkte, hoewel dit niet betekent dat gewone bouten nooit vermoeid raken - ze zijn eenvoudigweg onderworpen aan lagere onderhoudsvereisten.

De fundamentele oorzaak van boutvermoeidheid is de herhaalde verandering van lokale spanning tijdens cyclische belasting, die cumulatieve schade aan zwakke punten veroorzaakt en uiteindelijk scheuren vormt. Het proces is als volgt: spanning erodeert eerst de kwetsbare delen van de bout, er verschijnen geleidelijk microscheurtjes, de scheuren worden in de loop van de tijd groter en zodra ze een kritische lengte bereiken, breekt de bout plotseling. Uit een langetermijnanalyse blijkt dat de stress die vermoeidheid veroorzaakt niet groot hoeft te zijn; het kan zelfs veel lager zijn dan de vloeigrens van de bout. Daarom vertoont het breukoppervlak na vermoeiingsbreuk gewoonlijk geen duidelijke vervorming of buiging veroorzaakt door externe krachten.

Op basis van de bovenstaande analyse kunnen we het productieproces verbeteren om de weerstand tegen vermoeidheid van bouten te verbeteren. Kijk eens naar het volgende diagram:

Versterkte draadHet bovenstaande diagram toont een geoptimaliseerd draadprofiel met een afgeronde basis (R-radius). Vermoeiingsscheuren treden meestal op bij de schroefdraadwortels en onder de boutkop, dus het aanpassen van het basisproductieproces voor schroefdraad kan vermoeidheid effectief voorkomen. Laten we het vergelijken met gewone threads:

Gewone draad De bovenstaande draad is een standaarddraad met scherpe hoeken aan de wortel. Dergelijke rechthoekige -structuren zijn zeer gevoelig voor spanningsveranderingen en vatbaar voor vermoeidheidsbreuken. Zoals eerder vermeld is het gebied onder de boutkop een andere kritische locatie voor vermoeiingsproblemen, zoals weergegeven in het diagram:

Boutvermoeidheidsproces Door gebruik te maken van hetzelfde principe als de draadwortelradius, kunnen we een afrondingsradius van de juiste grootte toevoegen op de kruising tussen de boutkop en de schacht, binnen het toegestane ontwerpbereik.