铝-铝螺栓接头的压痕处理工艺

铝-铝螺栓接头的压痕处理工艺

刊名：International Journal of Fatigue（英）

刊期：2015年第80期

作者：S.Fragapane et al

编译：赵唤

研究了铝-铝（AW6082-T6）单搭螺栓连接的静态特性和疲劳性能。对厚度分别为3mm和5mm 的AW6082-T6铝合金螺栓连接样件进行试验，并将厚度为3mm的铝合金螺栓连接样件进行双边压痕工艺处理。该研究比较了仅经过钻孔处理的单搭螺栓连接OD样件和经过钻孔/压痕处理的单搭螺栓连接IP样件的机械强度。

在MTS 810材料试验机上对上述样件进行了静态试验。在螺栓连接中，载荷主要通过连接部件附近的压缩和剪切应力在耦合表面区域间进行传递。通过扭矩扳手对连接部件施加约8Nm的预负荷，确保部件不产生局部変形。静态试验结果表明，在起始第一阶段，对螺栓施加预载荷，负荷仅通过摩擦传递；在第二阶段，部分负荷通过螺栓上的剪切应力传递，孔边缘处的结构承载应力；在第三即最后阶段，螺栓连接的负荷降低，直至接头完全失效。在负荷控制模式下，以10Hz和最小/最大负荷比率等于0.1的条件下对螺栓连接进行疲劳试验。试验中，记录螺栓连接发生疲劳故障的循环次数和裂纹扩展情况，确定螺栓连接的疲劳寿命和相应的Wöhler图，分析单搭螺栓连接的机械性能和失效模式。在ANSYS环境中对单搭螺栓接头的三维模型进行数值分析，评估压痕处理后板上的残余应力。

钻孔之前对单搭螺栓连接进行压痕处理会使其孔周围产生周向压缩应力，这增加了螺栓孔结构的机械性能。研究结果表明：①经过压痕处理，孔周围会产生永久性压应力场，这样有助于延缓裂纹的继续扩展；②经过钻孔和压痕处理的单搭螺栓连接IP样件的拉伸强度比仅经过钻孔处理的单搭螺栓连接OD样件提高了23%；③而在施加较高负荷的条件下，经过钻孔和压痕处理的单搭螺栓连接IP样件的疲劳寿命比仅经过钻孔处理的单搭螺栓连接OD样件提高约50%；④在较低负荷条件下，经过钻孔和压痕处理的单搭螺栓连接IP样件的疲劳强度比仅经过钻孔处理的单搭螺栓连接OD样件约提高32%。