鋁-鋁螺栓接頭的壓痕處理工藝

刊名：International Journal of Fatigue（英）

刊期：2015年第80期

作者：S.Fragapane et al

編譯：趙喚

研究了鋁-鋁（AW6082-T6）單搭螺栓連接的靜態(tài)特性和疲勞性能。對厚度分別為3mm和5mm 的AW6082-T6鋁合金螺栓連接樣件進行試驗，并將厚度為3mm的鋁合金螺栓連接樣件進行雙邊壓痕工藝處理。該研究比較了僅經過鉆孔處理的單搭螺栓連接OD樣件和經過鉆孔/壓痕處理的單搭螺栓連接IP樣件的機械強度。

在MTS 810材料試驗機上對上述樣件進行了靜態(tài)試驗。在螺栓連接中，載荷主要通過連接部件附近的壓縮和剪切應力在耦合表面區(qū)域間進行傳遞。通過扭矩扳手對連接部件施加約8Nm的預負荷，確保部件不產生局部変形。靜態(tài)試驗結果表明，在起始第一階段，對螺栓施加預載荷，負荷僅通過摩擦傳遞；在第二階段，部分負荷通過螺栓上的剪切應力傳遞，孔邊緣處的結構承載應力；在第三即最后階段，螺栓連接的負荷降低，直至接頭完全失效。在負荷控制模式下，以10Hz和最小/最大負荷比率等于0.1的條件下對螺栓連接進行疲勞試驗。試驗中，記錄螺栓連接發(fā)生疲勞故障的循環(huán)次數(shù)和裂紋擴展情況，確定螺栓連接的疲勞壽命和相應的W?hler圖，分析單搭螺栓連接的機械性能和失效模式。在ANSYS環(huán)境中對單搭螺栓接頭的三維模型進行數(shù)值分析，評估壓痕處理后板上的殘余應力。

鉆孔之前對單搭螺栓連接進行壓痕處理會使其孔周圍產生周向壓縮應力，這增加了螺栓孔結構的機械性能。研究結果表明：①經過壓痕處理，孔周圍會產生永久性壓應力場，這樣有助于延緩裂紋的繼續(xù)擴展；②經過鉆孔和壓痕處理的單搭螺栓連接IP樣件的拉伸強度比僅經過鉆孔處理的單搭螺栓連接OD樣件提高了23%；③而在施加較高負荷的條件下，經過鉆孔和壓痕處理的單搭螺栓連接IP樣件的疲勞壽命比僅經過鉆孔處理的單搭螺栓連接OD樣件提高約50%；④在較低負荷條件下，經過鉆孔和壓痕處理的單搭螺栓連接IP樣件的疲勞強度比僅經過鉆孔處理的單搭螺栓連接OD樣件約提高32%。