余育青

（浙江工業(yè)職業(yè)技術學院，浙江 紹興312000）

1 引 言

聯(lián)接螺栓具有使用方便、結構相對簡單，制造經(jīng)濟等優(yōu)點，廣泛用于生活中的各種機構、機械、設備中，但在關鍵的部件中對螺栓壽命必須加強科學的管理。企業(yè)中螺栓管理存在以下幾種問題：忽略、粗放、事后分析。

如果忽略對關鍵部件中的螺栓壽命管理，存在安全隱患的可能性倍增，造成的危害和損失難以統(tǒng)計。即使有時做點檢查，意識到安全問題的存在，但只作粗放管理，看似能解決問題，由于缺乏科學性，隱患問題還是存在。而出了問題事后分析是典型的補救措施，存在滯后的突出問題。生活中小螺栓引起大事情有不少例子。2003 年6 月4 日，新疆某一大型游樂設施阿拉伯飛毯出現(xiàn)事故就是其中一例。

螺栓疲勞、斷裂問題所牽涉的學科門類非常廣泛。本文基于疲勞、斷裂基礎理論，利用現(xiàn)今高速發(fā)展與廣泛應用的信息技術、網(wǎng)絡技術、云技術，設計以應力應變譜、損傷累計理論、壽命計算方程等為主要功能的螺栓壽命管理軟件結構，采用交互式數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)解決方案。

2 項目意義

國內學者在聯(lián)接螺栓疲勞的研究方面做了一定工作，但是基礎理論研究和疲勞試驗都相對有限，較多文獻研究的是利用ANSYS、MSC.Marc、Algor.FEA 等軟件中的疲勞分析模塊對聯(lián)接螺栓的疲勞壽命進行估算和分析。在聯(lián)接螺栓的疲勞壽命預測模型方面，國外學者及研究機構有較為扎實的理論和實踐基礎，做了大量的試驗和基礎理論研究，在此領域處于領頭羊的地位。國內學者應用現(xiàn)成軟件的疲勞分析模塊和軟件自帶的相關實驗數(shù)據(jù)固然方便了研究者的分析工作，如對結論不作進一步的對比研究及實驗驗證，只是照搬照套，不利于對聯(lián)接螺栓的疲勞壽命深入分析，更不可能改進已有理論或發(fā)展新的理論。

圖1 聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)總體功能結構圖

針對螺栓疲勞方面需做大量的試驗和基礎研究問題，文中構建了一種聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)的模型。該模型旨在管理和分析進一步研究對比資料中的試驗數(shù)據(jù)，同時為改進已有理論或發(fā)展新的理論打下堅實基礎，促進并提升發(fā)展抗疲勞、抗斷裂實用設計技術。對開發(fā)聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)有一定的現(xiàn)實意義。

3 基本思路

系統(tǒng)對聯(lián)接螺栓的疲勞壽命計算的基本思路是：（1）確定聯(lián)接螺栓疲勞危險部位的應力應變譜。（2）采用線性損傷累積理論、雙線性損傷累積理論、損傷曲線法等幾種不同的疲勞損傷累積理論，結合零平均應力和非零平均應力下的ε-N 曲線，初步確定聯(lián)接螺栓危險部位的疲勞壽命。（3）根據(jù)所計算的數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)和系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)對比，從中找出差距并分析原因。研究人員及時總結經(jīng)驗并進行理論證明，為后續(xù)研究打下堅實基礎，以便促進并提升發(fā)展抗疲勞、抗斷裂實用設計技術。（4）系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)庫的交互解決方案，在用戶與系統(tǒng)交互，Web 服務器調用數(shù)據(jù)層提供的功能訪問數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流暢運行，這種架構方式方便管理和系統(tǒng)升級維護。

4 總體功能結構圖

針對聯(lián)接螺栓的預緊力的確定、強度分析和疲勞壽命預測問題進行分析，確定了應力應變譜、損傷累計理論、壽命計算方程為主要功能的聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)。系統(tǒng)總體功能結構圖如圖1。

系統(tǒng)在充分考慮聯(lián)接螺栓機件的強度特征、分離特征、疲勞特征、動力特征等方面的準則來計算預緊應力，并進行相應校驗。聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)由聯(lián)接螺栓的預緊力、機動載荷、離心載荷、熱載荷和氣動力構成了載荷特征分析模型。正是由于螺栓聯(lián)接失效的重要性，在研究已有的強度分析和疲勞壽命預測理論、損傷累計理論、壽命計算方程等基礎條件下，改進已有理論或發(fā)展新的理論是研究聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)的必由之路。螺栓聯(lián)接失效的問題，是研究聯(lián)接螺栓壽命管理系統(tǒng)的靈魂。

5 數(shù)據(jù)庫交互的三層架構

數(shù)據(jù)庫交互采用流行的B/S 模式三層架構，分別為表現(xiàn)層、交互技術服務層、數(shù)據(jù)庫層，如圖2 所示。前端是系統(tǒng)與用戶交互層。主要實現(xiàn)系統(tǒng)輸出的數(shù)據(jù)在Web 瀏覽器顯示上，對用戶輸入的數(shù)據(jù)獲取、檢驗，并將數(shù)據(jù)傳給中間交互技術服務層。中間交互技術服務層具有實現(xiàn)處理應用中全部事務程序的功能，該層在Web 服務器上。后臺是數(shù)據(jù)庫層，用來實現(xiàn)與Web 服務器數(shù)據(jù)的交互，該層在數(shù)據(jù)庫服務器上。

由于用戶利用ANSYS、MSC.Marc、Algor.FEA 等軟件中的疲勞分析模塊對聯(lián)接螺栓的疲勞壽命進行估算和分析中存在異構數(shù)據(jù)，為保證系統(tǒng)的結構完整和數(shù)據(jù)庫的完整和安全，對異構數(shù)據(jù)的傳遞，中間交互層做了標準接口，方便系統(tǒng)功能的擴充和滿足更多的用戶需求。這種方式保證了對數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)實時操作，實現(xiàn)了遠程用戶利用系統(tǒng)資源的功能，也為廠家對使用螺栓客戶提供了新的服務模式，更為客戶建立和管理聯(lián)接螺栓壽命庫帶來系統(tǒng)性的改觀。此功能可為后續(xù)開發(fā)螺栓壽命監(jiān)測提供必要的技術支持。

圖2 數(shù)據(jù)庫交互的三層架構

6 結 語

設系統(tǒng)的開發(fā)，為促進抗疲勞、抗斷裂實用設計技術的發(fā)展，分析研究聯(lián)接螺栓疲勞方面大量試驗數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)提供條件，系統(tǒng)的實現(xiàn)依賴于大量的模擬試驗數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，以及可靠的理論模型，便于對聯(lián)接螺栓的預緊力、強度、疲勞壽命做出更精確的評價。

開發(fā)良好的用戶界面，方便用戶在此環(huán)境中對數(shù)據(jù)庫進行交互操作。驗證本系統(tǒng)計算結果與試驗結果是否相一致是完善本系統(tǒng)的關鍵，這些工作在今后有待完成。

本系統(tǒng)為方便研究者的分析對比工作，從而改進已有理論或發(fā)展新的理論，通過基礎工作的積累，形成自主創(chuàng)新的聯(lián)接螺栓的疲勞壽命計算理論和技術。

［1］ 山本晃.螺紋聯(lián)接的理論與計算［M］.郭可謙，等譯.上海：上海科學技術文獻出版社，1984.

［2］ 緊固件聯(lián)接設計手冊編寫委員會.緊固件聯(lián)接設計手冊［M］.北京：國防工業(yè)出版社，1990.

［3］（美）STEPHENS R K，et al.Database Design［M］.何玉潔，等譯.北京：機械工業(yè)出版社，2001.