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螺紋聯(lián)接作為一種最普遍的聯(lián)接件，廣泛地用于鐵路、汽車、機械等各行各業(yè)，但因為螺紋齒根部的嚴重應力集中等現(xiàn)象，常常發(fā)生松動、松脫和疲勞斷裂進而引起結構系統(tǒng)失效。鐵基SMA防松螺母是由Fe30Mn6Si4Cr5Ni合金材料制成，利用該合金約束狀態(tài)下的形狀記憶和超彈性效應，不僅可有效地防止螺紋聯(lián)接發(fā)生松動、松脫，而且還可提高螺紋聯(lián)接的疲勞壽命，所以這種螺母的研究具有重要的科學價值和廣泛的應用前景。
有限元分析方法是一種有效的應力分析方法，它比解析法方便、直觀，比試驗法經(jīng)濟，又能滿足工程上的經(jīng)濟要求。本文在分析研究鐵基SMA螺母防斷機理的基礎上，借助大型有限元分析程序ANSYS軟件建立了參數(shù)化的螺栓聯(lián)接計算模型，對這種新型螺栓連接中螺紋牙中的載荷傳遞規(guī)律及螺紋齒嚙合面上接觸應力的分布情況進行了分析研究，并通過與普通螺栓連接的比較，驗證了這種新型防松螺母的防斷性能。
螺母與螺栓構成螺栓連接，二者有多圈螺紋牙旋合。在預緊力的作用力，在螺栓桿上產(chǎn)生軸向拉力，螺母本體承受壓力的作用。而一般情況下，螺母的剛度大于螺栓的剛度，這樣螺栓受壓時的螺距的減小量也不同于螺栓受拉的增加量，兩者的變形差主要靠接觸的各圈螺紋牙的變形來補償。又根據(jù)胡克定律，各螺紋牙變形的不同直接導致其相應的受力大小也不同。實際上諸多理論和實踐也證明，螺栓連接的受力僅僅由少量的螺紋牙(第一、二螺紋牙)來承擔，而如何改善這種受力不均的狀況是提高螺栓的疲勞強度的關鍵。
鐵基SMA防松螺母主要是利用鐵基合金彈性模量相對較小、變形大的特點來實現(xiàn)防斷的。具體地，由于Fe30Mn6Si4Cr5Ni合金的彈性模量較小，用其制成的螺母壓縮變形量較大，從而使螺母受壓時螺距的減少量接近于螺栓受拉時螺距的增加量，因此各圈螺紋牙的變形大小就比較接近，相對應的受力大小也比較相近，從而有效地改善了螺紋牙受力不均的現(xiàn)象，避免了螺栓連接的受力僅有極少量螺紋牙承擔的現(xiàn)象，達到防斷的目的。另一方面，F(xiàn)e30Mn6Si4Cr5Ni合金還具有超彈效應，這一效應可使這種新型螺母具有良好的阻尼減振性能，在振動、沖擊和動載荷作用下可以吸收部分能量，進而大大提高螺栓聯(lián)接的疲勞壽命。
在預緊力的作用下，螺母的內螺紋和螺栓的外螺紋在一定的嚙合點處旋合保持完全緊密的接觸，這是空間曲面接觸力學問題。為了計算方便，對螺紋連接有限元模型做如下假設:(1)螺母和螺栓的材料為各向同性；(2)螺齒的升角低于4°時，載荷沿螺紋齒的分布幾乎不受螺紋升角的影響。因此在軸向載荷作用下，螺栓聯(lián)接簡化作軸對稱問題處理。本文以M10×1.5的靜載螺栓聯(lián)接為研究對象，對其在預緊力作用下的力學特性進行研究分析。有限元模型的建立過程中均采用國際制單位，因此最后計算結果應力的單位為Pa。為了提高計算的效率，編制了參數(shù)化的前處理程序，程序適用于多種不同規(guī)格螺栓聯(lián)接的計算分析。計算時只需修改批處理程序中螺栓和螺母螺紋的有關參數(shù)。
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