振动激励下螺栓连接松动失效的摩擦学机理与控制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51705434
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0505.机械摩擦学与表面技术
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

As important connecting pieces in mechanical equipment, the self-loosening failure of fasteners has become an important factor restricting the development of high-security, high-reliability and long-life for mechanical joining structures. This study mainly focuses on the key and common issues of self-loosening failure of bolted joints in mechanical joining system, which will be investigated systematically by fretting tribological theory. Through simulating the loosening process of bolted joints and changing the additional excitation (loading direction, amplitude and frequency), preload value, loading cycle and other parameters, the microslip and damage between contact threads will be studied quantitatively. Combining analysis of the dynamic response of bolted joints and the contact state between threads using FER/Contact, the interaction and relationship between microslip, thread damage, and degree of self-loosening will be discussed and the self-loosening mechanism will be revealed. In view of the criteria of anti-fretting damage, a new effective anti-loosening method based on the theory of fretting tribology will be presented using the avenues of surface engineering technology and design of new bolted joints based on shape memory alloy. This study will not only provide the theoretical dependence of tribological design for further constructing the mechanical joining system with high reliability, but also have an important guiding role in mitigating the problem on the self-loosening failure of bolted joints.
紧固件作为机械设备中重要的连接部件,其松动失效制约了机械连接结构向高安全、高可靠、长寿命方向发展。本项目针对机械连接系统中螺栓松动的关键共性问题,提出运用微动摩擦学理论对螺栓松动失效进行理论分析和试验研究,通过模拟螺栓的松动过程,从不同外加振动激励(载荷方向、幅值及频率)、螺栓预紧力、循环次数等方面入手,对螺纹接触界面的微滑及损伤等指标进行定量研究,并结合FER/Contact程序对连接结构的动力学响应和界面的接触状态进行分析,探讨界面微滑及损伤与螺栓松动程度之间的相互作用和内在联系,揭示螺栓松动失效机理。本项目根据抗微动损伤的防护准则,通过运用表面工程技术、基于形状记忆合金的新型螺栓连接设计等途径,提出基于微动摩擦学理论的有效防松方案。本研究不仅可以为进一步构建高可靠性的机械连接系统提供摩擦学设计的理论依据,同时对减缓螺栓松动失效的工程应用具有重要指导作用。

结项摘要

紧固件作为机械设备中重要的连接部件,其松动失效制约了机械连接结构向高安全、高可靠、长寿命方向发展。本项目针对机械连接系统中螺栓松动的关键共性问题,提出运用微动摩擦学理论对螺栓松动失效进行理论分析和试验研究,通过模拟螺栓的松动过程,从不同外加振动激励(载荷方向、幅值及频率)、螺栓预紧力、循环次数等方面入手,对螺纹接触界面的微滑及损伤等指标进行定量研究,并利用有限元软件对连接结构的动力学响应和界面的接触状态进行分析,探讨界面微滑及损伤与螺栓松动程度之间的相互作用和内在联系,揭示螺栓松动失效机理。本项目根据抗微动损伤的防护准则,运用表面工程技术对螺栓进行表面处理,提出基于微动摩擦学理论的有效防松方案。结果表明,螺纹表面的主要磨损机制为疲劳磨损,并伴随磨粒磨损、粘着磨损和氧化磨损。剪切载荷作用下,螺栓连接结构的主要松动失效机制为塑性变形、微动磨损和界面相对滑移;偏心载荷作用下,螺栓连接结构的主要松动失效机制为塑性变形和微动磨损;扭转载荷作用下,螺栓连接结构的主要松动失效机制为界面相对滑移,螺栓支撑面与被连接件之间的摩擦力矩对连接结构的松动行为具有重要影响:当该摩擦力矩的两倍大于拧松力矩而小于拧紧力矩时,连接结构易发生松动。DLC涂层、WC/C涂层、TiCN涂层和TiCN-MoS2复合涂层具有优良的耐磨损性能,几种涂层螺栓具有很好的防松性能。在本项目的资助下,研发了螺栓连接结构精确建模软件,实现了螺栓连接结构的参数化建模。此外,基于VDI2230螺栓连接标准,研发了螺栓连接设计软件,实现了螺栓连接设计、强度校核及结构优化设计。本项目研究成果不仅可以为进一步构建高可靠性的机械连接系统提供摩擦学设计的理论依据,同时对减缓螺栓松动失效的工程应用具有重要指导作用。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(3)
剪切激励下润滑脂对螺栓连接结构松动行为的影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    表面技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    吴向阳;张志毅;田仁勇;李亚南;周俊波;刘建华;朱旻昊
  • 通讯作者:
    朱旻昊
扭转激励下螺纹连接结构动力学行为
  • DOI:
    10.13340/j.cae.2018.05.001
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    计算机辅助工程
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨夏明;刘建华;蔡振兵;彭金方;朱旻昊
  • 通讯作者:
    朱旻昊
Axial load distribution and self-loosening behavior of bolted joints subjected to torsional excitation
扭转激励下螺栓接头的轴向载荷分布和自松行为
  • DOI:
    10.1016/j.engfailanal.2020.104985
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Engineering Failure Analysis
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Xuetong Liu;Xue Mi;Jianhua Liu;Laohu Long;Zhenbing Cai;Jiliang Mo;Jinfang Peng;Minhao Zhu
  • 通讯作者:
    Minhao Zhu
Self-loosening of bolted L-stub connections under a cyclic separating load
L 形螺栓连接在循环分离载荷下的自松动
  • DOI:
    10.1016/j.wear.2018.12.023
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Wear
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Liu Jianhua;Ouyang Huajiang;Feng Zhiqiang;Cai Zhenbing;Peng Jinfang;Du Yongqiang;Zhu Minhao
  • 通讯作者:
    Zhu Minhao
Dynamic behaviour of a bolted joint subjected to torsional excitation
扭转激励下螺栓接头的动态行为
  • DOI:
    10.1016/j.triboint.2019.105877
  • 发表时间:
    2019-12
  • 期刊:
    Tribology International
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Liu Jianhua;Ouyang Huajiang;Feng Zhiqiang;Cai Zhenbing;Mo Jiliang;Peng Jinfang;Zhu Minhao
  • 通讯作者:
    Zhu Minhao

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其他文献

微波加热金属液体的实验研究
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2018.12.10.004
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    苏晓峰;吴博威;刘建华;刘建;庄昌凌
  • 通讯作者:
    庄昌凌
钢液/(N_2、H_2)过饱和体系中气泡生长的数值分析
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2016.05.006
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    刘建华;李康伟;沈少波;刘洪波;季益龙;刘建
  • 通讯作者:
    刘建
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  • DOI:
    10.13228/j.boyuan.issn1001-0963.20150186
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    钢铁研究学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩志彪;刘建华;何杨;季益龙;刘建;李康伟
  • 通讯作者:
    李康伟
低碳Fe-Mn-Si-Al系TWIP钢的显微偏析行为
  • DOI:
    10.13374/j.issn2095-9389.2016.07.007
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    工程科学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李世琪;刘建华;刘洪波;赤小浩;李康伟;韩志彪
  • 通讯作者:
    韩志彪
电压加载下己二酸铵对2024-T3铝合金阳极氧化膜的封闭研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2010
  • 期刊:
    航空学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李永星;于美;刘建华;李松梅;陈高红
  • 通讯作者:
    陈高红

其他文献

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刘建华的其他基金

热-力耦合作用下异种材料螺栓连接松动机理及环境自适应控制方法研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    53 万元
  • 项目类别:

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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