Page 39 - 理化检验-物理分册2025年第四期
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高学敏，等：基于ABAQUS软件的螺栓连接疲劳行为及寿命预测
呈现出明显的缩短趋势，在 3 Hz 和 12 Hz 频率下， 结构的疲劳寿命也随着载荷频率的增加而缩短，
螺栓的疲劳寿命差异不大，均维持在约 75 000 次 在 3 Hz 和 12 Hz 频率下，螺栓的疲劳寿命分别约
循环；然而，当载荷频率增加到 100 Hz 时，疲劳寿 为 135 000，132 000 次循环，当载荷频率增加到
命显著缩短至约 72 000 次循环，表明高频率的疲 100 Hz 时，疲劳寿命显著缩短至约 123 000 次循
劳载荷会导致材料在较短时间内经历大量应力循 环，表明多螺栓结构在低频和中频载荷下表现出
环，进而加速疲劳损伤的累积，最终导致疲劳寿 较长的疲劳寿命，但在高频载荷下，螺栓的疲劳
命显著缩短，高频率载荷下，材料的微观结构变 寿命显著缩短。尽管多螺栓搭接结构的疲劳寿
化更加剧烈，裂纹的萌生和扩展速率加快，导致 命总体上长于单螺栓搭接结构，但高频率载荷对
疲劳寿命急剧缩短；对于多螺栓搭接结构，螺栓 其疲劳寿命的负面影响依然显著。
图 5 不同预紧力下单螺栓和多螺栓搭接结构的疲劳寿命曲线
图 6 不同载荷频率下单螺栓和多螺栓搭接结构的疲劳寿命曲线
2.3 载荷幅值对搭接疲劳寿命的影响 度，从而具有更长的疲劳寿命。
图 7 为不同载荷幅值下单螺栓和多螺栓搭 3 疲劳结果分析
接结构的疲劳寿命曲线。由图 7 可知： 随着疲劳 3.1 应力应变分布分析
载荷幅值的增加，螺栓搭接接头的疲劳寿命逐 分析仿真试验中螺栓连接的应力应变分布，识
渐缩短；相同载荷幅值下，相比于单螺栓搭接结 别应力集中区域，预测疲劳裂纹的萌生位置。在载
构，多螺栓搭接结构具有更长的疲劳寿命。这是 荷幅值为1.1 mm、载荷频率为12 Hz、转角为2.45 rad
因为多螺栓搭接结构中载荷分布在多个螺栓上， 条件下，多螺栓搭接结构的应力分布如图8所示。由
降低了每个螺栓的应力幅值，且多螺栓搭接结构 图8可知：在载荷循环过程中，螺栓的应力集中主要
的刚度高于单螺栓搭接结构，减少了连接件之间 发生在螺杆中部、螺纹处及螺栓头部与杆部的过渡
的相对滑移，降低了因微动磨损导致的疲劳损伤程 区域，这些部位在正、负载荷作用下均显示出显著的
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