苗廣威，陳志超，張 軼，楊俊芬，王維新，郝凱麗

(1.中國能源建設(shè)集團(tuán) 甘肅省電力設(shè)計(jì)院有限公司, 甘肅 蘭州 730050; 2.西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院, 陜西 西安 710055; 3.西安建筑科技大學(xué) 結(jié)構(gòu)工程與抗震教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710055)

太陽能作為儲(chǔ)備量豐富的清潔能源，使太陽能光伏發(fā)電增長迅猛，成為全球新能源的重要選擇[1]，光伏支架安裝需求也迅速提升[2].目前，在光伏支架領(lǐng)域，一般采用普通螺栓進(jìn)行光伏支架的安裝固定.由于光伏支架處于室外環(huán)境中，在風(fēng)荷載作用下，用于連接的普通螺栓易發(fā)生松動(dòng)，并且松動(dòng)是非線性的狀態(tài)[3]，松動(dòng)過程具有一定的階段性，在松動(dòng)的前期，雖然不會(huì)引起故障，但是，如果在使用和維護(hù)階段沒有及時(shí)檢測和發(fā)現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致連接件的力學(xué)性能下降，甚至引發(fā)嚴(yán)重的事故[4].

裝配式結(jié)構(gòu)往往采用螺栓連接[5]，螺栓不僅存在強(qiáng)度問題，在光伏支架中，還存在螺栓的松動(dòng)問題.早期國內(nèi)外關(guān)于螺栓連接的松動(dòng)研究主要集中于承受軸向荷載作用下的螺栓連接件.Goodier和Sweeney[6]研究發(fā)現(xiàn)，在軸向荷載作用下螺栓連接由于“摩擦棘輪效應(yīng)”會(huì)發(fā)生松動(dòng).Nassar等[7-9]通過試驗(yàn)研究并建立數(shù)學(xué)模型發(fā)現(xiàn)，在軸向交變荷載作用下，螺栓連接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不可恢復(fù)的塑性變形是螺栓連接松動(dòng)的原因之一.劉建華[10]基于動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及螺紋表面損傷形貌分析，結(jié)合有限元分析計(jì)算，發(fā)現(xiàn)螺栓連接結(jié)構(gòu)的松動(dòng)機(jī)理是由于結(jié)構(gòu)的塑性變形和接觸界面的微動(dòng)磨損.Ibrahim等[11-13]發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)荷載作用下的螺栓連接，由于螺紋之間的接觸面產(chǎn)生了磨損并且進(jìn)一步導(dǎo)致了螺栓軸向力的下降，軸向力下降的同時(shí)也導(dǎo)致了螺紋之間摩擦力的下降，最后下降到一定的程度后，螺紋之間發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，最后產(chǎn)生松動(dòng)的現(xiàn)象.

拉鉚釘?shù)某霈F(xiàn)為解決光伏支架領(lǐng)域連接節(jié)點(diǎn)松動(dòng)的問題提供新了的選擇.拉鉚釘，又稱哈克(Huck)鉚釘或哈克螺栓，是根據(jù)胡克定律原理，使用拉鉚釘專用設(shè)備將結(jié)合件夾緊后，在單向拉力的作用下，將套環(huán)的金屬擠壓并充滿到帶有多條環(huán)狀溝槽的栓桿的凹槽內(nèi)，使套環(huán)和栓桿緊密結(jié)合的一種緊固方式.拉鉚釘具有較高的緊固力、優(yōu)異的防松性能等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于航空航天、鐵路車輛、鐵路軌道、橋梁、重型汽車、建筑結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域.汝繼來[14]通過對拉鉚釘系統(tǒng)的研究，確定了影響拉鉚釘可靠性和耐久性的性能指標(biāo)和實(shí)驗(yàn)方法，初步探討了這些性能的重要性和必要性.與此同時(shí)，通過對國內(nèi)研制的拉鉚釘與進(jìn)口拉鉚釘?shù)闹饕阅軐Ρ仍囼?yàn)，證實(shí)國內(nèi)研制并生產(chǎn)的拉鉚釘?shù)男阅苓_(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，并測出拉鉚釘具有較高的防松性能，但是未與同規(guī)格的螺栓進(jìn)行對比分析.

在實(shí)際的工程中，光伏支架一般采用4.8級(jí)的螺栓進(jìn)行連接，拉鉚釘中只有5.8級(jí)可以代替.故研究5.8級(jí)拉鉚釘代替4.8級(jí)螺栓的可行性.本文分別對規(guī)格8 mm的4.8級(jí)普通螺栓、4.8級(jí)防松螺栓以及5.8級(jí)小規(guī)格拉鉚釘進(jìn)行軸向循環(huán)荷載作用下的松動(dòng)試驗(yàn)研究.對比分析三種連接方式的防松性能，并考察了荷載幅值和頻率對螺栓連接和拉鉚連接松動(dòng)行為的影響.通過螺栓與拉鉚釘?shù)难佬吞卣骱吐菁y面配合狀態(tài)分析其防松原理，結(jié)合微觀分析對松動(dòng)試驗(yàn)后的螺栓與拉鉚釘?shù)膿p傷形貌進(jìn)行分析.

1 試驗(yàn)概況

1.1 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)試件選用直徑均為8 mm的4.8級(jí)普通螺栓、4.8級(jí)防松螺栓以及小規(guī)格拉鉚釘.試驗(yàn)中共制作7組普通螺栓、7組拉鉚釘和1組防松螺栓，每組各3個(gè)試件，共45個(gè)試件.

試件由U形夾具、固定螺栓、定位栓、傳感器和試驗(yàn)螺栓/鉚釘組成，具體構(gòu)造見圖1.首先將上夾具2、傳感器、定位栓和下夾具2組裝好，再安裝試驗(yàn)螺栓/鉚釘，最后利用固定螺栓安裝上夾具1和下夾具1.通過對試件兩側(cè)的夾持端施加軸向循環(huán)荷載，兩側(cè)的夾持端與試驗(yàn)螺栓/鉚釘共面并居中，保證試件受到軸向荷載作用.

1.2 材性試驗(yàn)

根據(jù)規(guī)范《鋼及鋼產(chǎn)品力學(xué)性能試件取樣位置及試件制備》(GB/T2975—2018)[15]和《金屬材料室溫拉伸試驗(yàn)：第一部分：室溫試驗(yàn)方法》(GB/T 228.1—2010)[16]在鋼板上用線切割截取制作拉伸試件，線切割不會(huì)引入熱應(yīng)力而保證材料本身的性質(zhì).

本文的試件為3個(gè)Q355B拉伸試件，厚度為10 mm.具體形狀尺寸如圖2所示.

對于厚度為10 mm的拉伸試件采用長春科學(xué)研究院研發(fā)的WAW-3000L型30 t電液伺服試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載速率為2 mm/min的拉伸加載試驗(yàn).

試驗(yàn)結(jié)束后，觀察被拉斷的板材，分析得出斷裂后的試件均發(fā)生延性斷裂.并且測定出其靜力拉伸性能數(shù)據(jù).材性試驗(yàn)結(jié)果見表1.

表1 Q355B板材性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)材性試驗(yàn)結(jié)果表明，所選Q355B板材的強(qiáng)屈比大于1.2，伸長率大于20%，所選的Q355B板材性能滿足試驗(yàn)要求.

拉鉚釘直徑為8 mm，其力學(xué)性能由廠家提供，見表2.螺栓為4.8級(jí)普通螺栓，材料性能符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[17](GB50017—2017)，連接件鋼材均為Q355B.

表2 拉鉚釘力學(xué)性能

1.3 加載方案及測量方案

軸向循環(huán)荷載作用下的松動(dòng)試驗(yàn)在經(jīng)過改造后的美國MTS生產(chǎn)的250 kN電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，如圖3.試驗(yàn)參數(shù)的控制以及數(shù)據(jù)的采集由試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)完成.

通過查詢《普通螺紋 基本尺寸》(GB/T 196—2003)可得規(guī)格為M8的普通螺栓和防松螺栓預(yù)緊力推薦值為8 kN.根據(jù)《環(huán)槽鉚釘連接副的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 36993—2018)，規(guī)格為LMY8的拉鉚釘?shù)念A(yù)緊力最小值為12.7 kN，在實(shí)驗(yàn)中經(jīng)過鉚接設(shè)備鉚接成型后實(shí)測規(guī)格為LMY8的拉鉚釘?shù)念A(yù)緊力大于國家標(biāo)準(zhǔn)要求的最小預(yù)緊力12.7 kN，在13.8～14.3 kN的范圍內(nèi)波動(dòng)，且波動(dòng)范圍均小于5%.

試驗(yàn)程序?qū)崟r(shí)記錄軸向載荷和試驗(yàn)機(jī)夾頭軸向位移，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄軸向夾緊力.到達(dá)規(guī)定的循環(huán)次數(shù)或者超過預(yù)設(shè)的保護(hù)參數(shù)，試驗(yàn)結(jié)束.圖4所示試件在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行加載.試驗(yàn)后試件松動(dòng)程度越低，說明防松性能越好.

根據(jù)《緊固件相關(guān)松動(dòng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》[18]并結(jié)合預(yù)實(shí)驗(yàn)中獲取的試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置軸向荷載作用下相應(yīng)的松動(dòng)試驗(yàn)參數(shù).加載的循環(huán)次數(shù)均為30 000次，加載路徑為F=AF+AFsin(2πt)，具體加載制度見表3.每組緊固件試驗(yàn)重復(fù)3次，疲勞試驗(yàn)機(jī)的工況都保持一致.

表3 加載制度

2 試驗(yàn)結(jié)果

為了能夠更方便地研究在加載過程中螺栓連接和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)預(yù)緊力隨著循環(huán)加載次數(shù)的變化規(guī)律,定義一個(gè)函數(shù)：S(N)用來表示在松動(dòng)試驗(yàn)中，經(jīng)過N次循環(huán)荷載后緊固件的實(shí)時(shí)軸向力與加載前的初始預(yù)緊力的百分比，如式(1)所示.

(1)

式中：FN為加載過程中連接節(jié)點(diǎn)的第N次荷載時(shí)的實(shí)時(shí)預(yù)緊力；F0為加載前連接節(jié)點(diǎn)的初始預(yù)緊力.

2.1 軸向荷載作用下螺栓與拉鉚釘松動(dòng)行為對比分析

取工況1對螺栓與拉鉚連接進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果如表4所示.由表4得到：在軸向循環(huán)荷載作用下，三種連接方式防松性能由高往低排列順序?yàn)椋豪T釘、防松螺栓、普通螺栓，其中，拉鉚連接的預(yù)緊力下降率平均值為10.91%，僅是防松螺栓的一半，即拉鉚釘?shù)姆浪尚阅苊黠@優(yōu)于防松螺栓和普通螺栓.

表4 軸向荷載作用下不同緊固件連接松動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

工況1預(yù)緊力變化的松動(dòng)曲線如圖5所示.三種連接節(jié)點(diǎn)都呈現(xiàn)出非線性的發(fā)展規(guī)律.根據(jù)預(yù)緊力的下降程度可以將三種連接件節(jié)點(diǎn)的松動(dòng)過程大概分為兩個(gè)階段.在0～1 000次循環(huán)周期內(nèi)的第一階段由于接觸面的塑性變形,預(yù)緊力迅速下降.在之后的第二階段預(yù)緊力緩慢下降，且最終趨于穩(wěn)定，這是由于材料的棘輪效應(yīng)，試件的塑性變形進(jìn)入穩(wěn)定階段，此時(shí)，因?yàn)榻佑|界面間發(fā)生磨損而產(chǎn)生材料損失，由于接觸面不可能發(fā)生整體的滑移，只能發(fā)生局部的相對微滑，這屬于微動(dòng)磨損的部分滑移，因此，預(yù)緊力緩慢下降，是微動(dòng)磨損的結(jié)果.雖然防松螺栓在第二階段出現(xiàn)緩慢上升的現(xiàn)象，但隨著循環(huán)次數(shù)的增加預(yù)緊力總體仍然呈緩慢下降趨勢.

由圖5得知，拉鉚釘、防松螺栓和普通螺栓的預(yù)緊力下降主要集中于第一階段，拉鉚釘預(yù)緊力下降的程度明顯低于防松螺栓與普通螺栓，表明在由于塑性變形導(dǎo)致預(yù)緊力快速下降的第一階段，拉鉚連接表現(xiàn)出更好的防松性能.并且拉鉚連接節(jié)點(diǎn)的預(yù)緊力變化曲線在第二階段表現(xiàn)最為平緩，說明在預(yù)緊力迅速下降之后，拉鉚釘更快地將預(yù)緊力保持住并趨于穩(wěn)定.總體來說，拉鉚釘?shù)姆浪尚阅苊黠@優(yōu)于防松螺栓和普通螺栓.

2.2 荷載幅值對螺栓與拉鉚釘松動(dòng)行為的影響

由于普通螺栓的螺桿材質(zhì)與防松螺栓的材質(zhì)一致，只有螺母形式不同.本節(jié)只研究不同荷載幅值下的普通螺栓連接和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)的松動(dòng)行為.為使試驗(yàn)效果明顯，采用較大的荷載幅值進(jìn)行加載.并且為了比較同一工況下螺栓連接和拉鉚連接表現(xiàn)出的防松性能，故兩者采用同樣的荷載幅值.分別取工況1、2、3對普通螺栓和拉鉚釘進(jìn)行試驗(yàn).試驗(yàn)結(jié)果如表5所示.

表5表明在軸向循環(huán)荷載作用下，隨著荷載幅值的增大，拉鉚連接和螺栓連接節(jié)點(diǎn)的防松性能都在下降.但拉鉚釘?shù)乃蓜?dòng)程度均小于普通螺栓，尤其是在荷載幅值為16 kN時(shí)，拉鉚連接節(jié)點(diǎn)的預(yù)緊力下降率為29.34%而螺栓則被完全拉脫.說明拉鉚連接節(jié)點(diǎn)的防松性能優(yōu)于普通螺栓連接節(jié)點(diǎn).

表5 不同軸向荷載幅值作用下的螺栓連接與拉鉚連接松動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

兩種連接方式預(yù)緊力變化的松動(dòng)曲線如圖6、圖7所示.在荷載幅值為12 kN和14 kN時(shí)普通螺栓連接節(jié)點(diǎn)和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中預(yù)緊力下降的松動(dòng)過程，同樣為兩階段，即第一階段內(nèi)致的預(yù)緊力快速下降，第二階段的預(yù)緊力趨于穩(wěn)定并緩慢下降.

隨著軸向循環(huán)荷載幅值的增大，螺栓在第二階段預(yù)緊力沒有趨于穩(wěn)定，在荷載幅值為16 kN時(shí)，螺栓預(yù)緊力一直下降到零，出現(xiàn)完全松動(dòng)的現(xiàn)象，并且螺栓被拉脫.拉鉚釘則沒有出現(xiàn)完全松動(dòng)的狀態(tài)，說明當(dāng)承受更大荷載幅值的時(shí)候，拉鉚連接節(jié)點(diǎn)表現(xiàn)出優(yōu)越的防松性能.

2.3 荷載頻率對螺栓與拉鉚釘松動(dòng)行為的影響

為了研究不同荷載頻率下的螺栓連接和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)的松動(dòng)行為.取工況4和5對普通螺栓和拉鉚釘進(jìn)行試驗(yàn)，并與工況1一同對比分析.試驗(yàn)結(jié)果如表6所示.

表6 不同頻率的軸向荷載作用下的螺栓連接與拉鉚連接松動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果

表6表明在軸向循環(huán)荷載作用下，隨著荷載頻率的降低，拉鉚連接和螺栓連接節(jié)點(diǎn)的防松性能都在下降.當(dāng)荷載頻率從20 Hz降低到5 Hz的時(shí)，普通螺栓與拉鉚釘?shù)乃蓜?dòng)程度都隨著荷載頻率的降低而增大，普通螺栓的松動(dòng)程度從19.79%上升到30.96%，增幅為56%.這是由于低頻率的循環(huán)荷載，荷載作用時(shí)間更長，接觸界面之間發(fā)生微動(dòng)的時(shí)間更長，微動(dòng)損傷的程度也隨之加劇.當(dāng)荷載頻率從20 Hz降低到5 Hz的時(shí)，拉鉚釘?shù)乃蓜?dòng)程度從7.52%上升到16.01%，增幅為112%，增幅要大于普通螺栓，表明在軸向荷載作用下，拉鉚釘對荷載的頻率變化更敏感.

兩種連接方式預(yù)緊力變化的松動(dòng)曲線如圖8、圖9所示.

在整個(gè)30 000次的循環(huán)荷載加載過程中，普通螺栓連接節(jié)點(diǎn)和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)在高頻率的軸向荷載作用下的預(yù)緊力都是大于頻率較低時(shí)的工況，說明了普通螺栓連接節(jié)點(diǎn)和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)在更高頻率的軸向荷載作用下的松動(dòng)試驗(yàn)的全過程中都能表現(xiàn)出更優(yōu)越的防松性能.隨著荷載頻率的增大，普通螺栓連接節(jié)點(diǎn)和拉鉚連接節(jié)點(diǎn)在第一階段和第二階段的松動(dòng)曲線下降趨勢都在變緩.但在第一階段拉鉚連接節(jié)點(diǎn)預(yù)緊力下降的程度在不同荷載頻率都明顯低于普通螺栓.

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 螺栓與拉鉚釘?shù)姆浪稍矸治?/h3>

從試驗(yàn)結(jié)果可以得知，拉鉚釘相較于螺栓，防松性能有明顯的提升，為了進(jìn)一步分析其防松原理，通過使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行觀察，分析螺栓和拉鉚釘?shù)难佬吞卣骷奥菁y面配合情況.

螺栓和螺母的牙型為典型的60°等邊三角形螺紋，螺紋齒之間有較大間隙，接觸不充分.由于螺紋面有些地方不平整，在預(yù)緊后可能會(huì)存在點(diǎn)接觸出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象.這些都不利于其防松性能.

拉鉚釘螺紋的牙型由多段不同直徑的圓弧組合成，相關(guān)研究表明[19]，在承受載荷一致的情況下，同尺寸的拉鉚釘牙型比螺栓牙型的應(yīng)力集中小，拉鉚釘獨(dú)特圓弧結(jié)構(gòu)的牙型可有效降低牙底和牙頂?shù)膽?yīng)力集中，螺紋配合面工作的時(shí)候發(fā)生塑性變形的程度也降低，使拉鉚釘防松性能有了明顯的提升.

此外，拉鉚釘?shù)挠捕雀哂诼菟?，在循環(huán)荷載作用下能減小拉鉚釘?shù)哪Σ聊p，進(jìn)而提升其防松性能.

3.2 損傷形貌分析

普通螺栓與拉鉚釘在加載過程中，隨著微動(dòng)磨損的不斷進(jìn)行，使得發(fā)生微動(dòng)磨損的接觸表面產(chǎn)生缺陷，裂紋可能會(huì)在這些缺陷中產(chǎn)生，并影響材料的疲勞性能和防松性能[20]，因此分析緊固件的微動(dòng)損傷很有必要.利用微距鏡頭對整個(gè)的拉鉚釘和螺栓進(jìn)行較為全面的宏觀上損傷形貌觀察分析，為后面進(jìn)一步的SEM分析提供指導(dǎo).

圖10所示為螺栓在工況1下松動(dòng)試驗(yàn)后的宏觀損傷形貌.螺栓處于工作狀態(tài)的四圈螺紋發(fā)生了明顯的磨損現(xiàn)象，并且前三圈螺紋磨損比較接近，第四圈螺紋的磨損范圍有所減小.這是由于螺紋聯(lián)接結(jié)構(gòu)在承載時(shí)載荷分布不均勻，第一圈螺紋牙承受約1/3的載荷，前三圈螺紋牙大約承受全部載荷的70%[21].

圖11所示為拉鉚釘在工況1下松動(dòng)試驗(yàn)后的宏觀損傷形貌.與套環(huán)咬合的四圈螺紋都出現(xiàn)了表面鍍鋅層磨損的現(xiàn)象，這是由于軸向荷載作用下的鉚接厚度一致，所以拉鉚釘?shù)你T接成型后的咬合狀態(tài)相同.由于第二圈螺紋未完全咬合，第二圈螺紋產(chǎn)生磨損范圍較小，第三、四、五圈的螺紋產(chǎn)生的磨損范圍較寬.第三圈的螺紋磨損程度最嚴(yán)重，并且從第三圈螺紋開始，鍍鋅層的磨損程度隨著螺紋圈數(shù)的增加，呈現(xiàn)遞減的趨勢.

將試驗(yàn)后的接觸螺紋沿牙底用線切割方法進(jìn)行截取，清洗后置于掃描電子顯微鏡下進(jìn)行觀察.由于拉鉚釘和普通螺栓的鍍鋅層完全相同，故可以根據(jù)其試驗(yàn)后表面的Zn含量來比較其磨損的程度.

圖12為軸向荷載作用下螺栓第一圈螺紋表面損傷形貌，表7為表面損傷的主要元素成分含量.咬合邊界范圍內(nèi)出現(xiàn)明顯的損傷，主要呈現(xiàn)犁削劃傷和層狀剝離的形貌.

表7 軸向荷載作用下螺栓第一圈螺紋表面EDX成分分析

在I區(qū)放大圖中，螺紋表面呈現(xiàn)明顯的塑性流動(dòng)、溝壑、剝落坑及層狀剝落的特征，對咬合邊界的A、B兩點(diǎn)進(jìn)行EDX分析發(fā)現(xiàn)，咬合邊界內(nèi)的B點(diǎn)的Zn元素含量為2.7%，遠(yuǎn)低于A點(diǎn)，F(xiàn)e元素含量則為96.7%，明顯高于A點(diǎn)，說明該處表面的鍍鋅層發(fā)生了較為嚴(yán)重的脫落，使螺栓的基體完全顯露.綜上所述，第一圈螺紋的磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和疲勞磨損.

圖13為軸向荷載作用下拉鉚釘?shù)谌β菁y表面損傷形貌，表8為第三圈螺紋表面損傷形貌的主要元素成分含量.該表面在咬合邊界范圍內(nèi)和范圍外的形貌差異較大，發(fā)生了較為嚴(yán)重的磨損，在咬合邊界內(nèi)發(fā)生了剝層的現(xiàn)象，還存在較多犁削劃傷的形貌.在I區(qū)放大圖中，與咬合邊界外相比螺紋表面呈現(xiàn)明顯的塑性流動(dòng)、剝落坑和層狀剝落的現(xiàn)象，對咬合邊界的內(nèi)外兩邊進(jìn)行EDX發(fā)現(xiàn)，咬合邊界內(nèi)的B點(diǎn)的Zn元素含量為9.8%，遠(yuǎn)低于A點(diǎn)，F(xiàn)e元素含量則為85.2%，高于A點(diǎn)，說明螺紋表面的鍍鋅層發(fā)生了脫落，使拉鉚釘?shù)幕w部分顯露，磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和疲勞磨損.

表8 軸向荷載作用下拉鉚釘?shù)谌β菁y表面EDX成分分析

螺栓的第一圈螺紋磨損最嚴(yán)重，第一圈螺紋表面B區(qū)域Zn元素含量為2.7%；拉鉚釘?shù)牡谌β菁y磨損最嚴(yán)重，第三圈螺紋表面B區(qū)域Zn元素含量為9.8%.拉鉚釘B區(qū)域Zn元素含量高于螺栓，說明拉鉚釘表面鍍鋅層脫落程度低于螺栓，拉鉚釘在軸向循環(huán)載荷作用下的磨損程度低于螺栓，防松性能更好.

4 結(jié)論

為得到拉鉚連接在光伏支架中應(yīng)用的可行性，本文對普通螺栓、防松螺栓和拉鉚釘進(jìn)行軸向循環(huán)荷載下的松動(dòng)試驗(yàn)，對比分析了三種連接方式的松動(dòng)性能，研究考慮了荷載幅值和頻率對螺栓連接和拉鉚連接松動(dòng)行為的影響，得到如下結(jié)論：

(1)在軸向循環(huán)荷載作用下，三種連接的松動(dòng)過程主要分為預(yù)緊力迅速下降的第一階段和預(yù)緊力緩慢下降并基于平穩(wěn)的第二階段.拉鉚連接在兩階段預(yù)緊力下降程度都是最小的，表現(xiàn)出優(yōu)越的防松性能；

(2)在軸向循環(huán)荷載作用下，荷載幅值越高，螺栓與拉鉚釘松動(dòng)程度越高；加載頻率越高，松動(dòng)程度越低，并且拉鉚釘?shù)乃蓜?dòng)程度始終小于螺栓的松動(dòng)程度；雖然拉鉚釘強(qiáng)度和預(yù)緊力高于螺栓，但拉鉚釘表現(xiàn)出的防松性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過螺栓；

(3)螺栓的螺紋配合面之間存在較大間隙，存在點(diǎn)接觸導(dǎo)致緊固后出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，更容易發(fā)生塑性變形；而拉鉚釘?shù)莫?dú)特圓弧結(jié)構(gòu)的牙型和鉚接成型后牙型配合面的過盈配合可有效減少應(yīng)力集中的情況，從而提升防松性能；

(4)螺紋損傷顯示區(qū)域性特征，磨損機(jī)制主要為磨粒磨損和疲勞磨損.研究揭示螺栓和拉鉚釘在軸向循環(huán)載荷作用下其松動(dòng)與接觸面的微動(dòng)磨損密切相關(guān)，且拉鉚釘磨損程度低于螺栓，拉鉚連接在防松性能上顯著優(yōu)于螺栓連接，更能滿足工程需求.