Почему болты выходят из строя от усталости?

Вы можете спросить: как болт из металла может страдать от усталости? Фактически, после переработки углеродистой стали в болты, длительная-циклическая нагрузка может создать концентрацию напряжений на локальных участках, если исходные технические параметры и механические свойства не соответствуют требованиям. Когда такое напряжение достигнет критического уровня, в болте образуются крошечные трещины -, это только первая стадия усталости. По мере увеличения количества циклов нагружения до определенного уровня трещины распространяются и в конечном итоге приводят к внезапному разрушению. Это механизм и результат усталостного разрушения болта.

Почему возникает усталостьболты из углеродистой стали? Болты с более высокой-прочностью более подвержены усталости? Во-первых, усталость не связана напрямую с уровнем прочности болта. Обычные болты имеют более низкие требования к прочности и используются в мягких условиях, когда эффекты усталости ограничены. Однако высокопрочные-болты применяются в средах со строгими требованиями к растяжению, что, естественно, увеличивает риск усталости. По этой причине большинство усталостных разрушений, с которыми мы сталкиваемся на практике, происходят в высокопрочные-болты, хотя это не означает, что обычные болты никогда не устают -, к ним просто предъявляются более низкие требования к обслуживанию.

Фундаментальной причиной усталости болтов является многократное изменение местного напряжения во время циклического нагружения, которое вызывает кумулятивное повреждение слабых мест и в конечном итоге приводит к образованию трещин. Процесс происходит следующим образом: напряжение сначала разъедает уязвимые места болта, постепенно появляются микротрещины, со временем трещины разрастаются, и как только они достигают критической длины, болт внезапно ломается. Долгосрочный-анализ показывает, что стресс, вызывающий усталость, не обязательно должен быть большим; он может даже быть намного ниже предела текучести болта. Поэтому после усталостного разрушения на поверхности разрушения обычно не наблюдается явной деформации или изгиба, вызванных внешней силой.

На основе приведенного выше анализа мы можем улучшить производственный процесс для повышения усталостной прочности болтов. Взгляните на следующую диаграмму:

Усиленная резьба. На диаграмме выше показан оптимизированный профиль резьбы с закругленным корнем (радиус R-). Усталостные трещины обычно возникают у основания резьбы и под головкой болта, поэтому изменение основного процесса изготовления резьбы может эффективно предотвратить усталость. Сравним с обычными нитками:

Обычная резьбаВышеуказанная резьба представляет собой стандартную резьбу с острыми углами у основания. Такие прямоугольные-конструкции очень чувствительны к изменениям напряжений и склонны к усталостному разрушению. Как упоминалось ранее, область под головкой болта является еще одним критическим местом усталостного разрушения, как показано на схеме:

Процесс усталости болта. Используя тот же принцип, что и радиус основания резьбы, мы можем добавить радиус скругления нужного размера в месте соединения между головкой болта и хвостовиком в пределах допустимого расчетного диапазона.