西南科技大学研究生创新基金资助项目申请书--张鹏剖析.doc

项目编号 西南科技大学 研究生创新基金资助项目申请书 项目名称 12.9级轮毂螺栓的力学性能分析及其结构优化 申请人姓名 张鹏 所在院系 制造科学与工程学院 联系电话 指导教师 古忠涛 副教授 填表日期 2016年3月 西南科技大学研究生院 一、基本情况 姓 名 张鹏 学 号 2014010037 学 院 制造 专 业 机械工程 入学年级 2014 导师 古忠涛 电话（办） 电话（手）电子信箱 2237574509@ 题 目 12.9级轮毂螺栓的力学性能分析及其结构优化 项目等级 A．一般项目√ B．重点项目 项目类型 A．基础研究 B．应用基础研究√ C．应用研究 序 项目组成员姓名 学 号 所在学院 专 业 职责分工 1 张鹏 2014010037 制造 机械工程 构建有限元模型 2 陈政果 2014000269 制造 机械工程 实验数据处理 二、立项依据 该项目的研究意义，国内外研究现状分析及主要参考文献 研究意义： 高强度螺栓作为一种紧固件，广泛应用于桥梁、交通工具和大型成套设备等各个方面。轮毂螺栓是车辆连接车轮的高强度螺栓，连接位置是车轮的轮毂单元轴承。一般微型车上用的是10.9级高强度螺栓，大中型车辆使用12.9级高强度螺栓。 在先进制造技术作为重要发展方向的当代研究背景下，我国对高强度螺栓的应用研究有待进步。先进螺栓是高端机械制造之本，当今中国螺栓市场，从4.8级到6.8级的低强度螺栓，或从8.8级到12.9级的高强度螺栓，概括为低档次产品充斥主导市场，高档次、高精度、高强度螺栓仍有一小部分需要进口。可见，我国螺栓行业与美国、日本、韩国和台湾等地区的差距还比较大。对螺栓的研究可分为材料的研究、加工工艺的研究和力学性能的研究等方面，其中对螺栓力学性能的研究在这个研究领域占有相当重要的地位，而目前对螺栓连结副在实际工况下的力学性能的研究还不足。车轮螺栓连结副的失效将导致严重的后果。不但造成重大的财产损失，而且还存在人员伤亡的巨大风险。在汽车工业界，车轮螺栓连结副的失效问题一直以来困扰着众多该领域的工程师和技术人员。车轮螺栓连接副失效所导致的最主要危害是车辆在行驶过程中车轮飞出，进而酿成人员伤亡和财产损失的惨剧。美国每年发生1000多起车轮飞出事故，平均一周发生20起；而据不完全统计，我国每年发生400多起车轮飞出事故。 对轮毂螺栓的研究直接关系到人们日常的交通行驶安全。总之，轮毂螺栓力学性能分析及其结构优化研究是一个同时具有基础性和创新性的课题。其研究有利于加强对实际工况中螺栓连接副的认识，减少轮毂螺栓在工作中的失效以及提高学术水平。 国内外研究现状分析： 1929年，Den Hartog[1]对涡轮叶片连接螺栓的应力进行了研究，螺纹副承载分布特点开始受到广泛关注。 1948年提出的Sopwith[2]法以及1980年发表的Yamatoto[3]法可以用于验证螺母轴力计算结果。1986年出版的德国工程师协会VDI2230准则，现在德国及其它地方被当作标准工作用于计算螺栓联接[4]。1943年，Heteny[5]采用应力冻结光弹性试验对比了6种不同螺母结构的应力分布，提出了通过改善螺母结构来改善螺纹副应力分布的有效方法。1985年，Kenny [6]通过多条纹偏光镜和记录式显微密度计用应力冻结光弹法得到了公称直径为30 毫米螺纹副的承载分布。2008年，太原理工大学的雷宏刚利用ANSYS软件进行了高强度螺栓的疲劳缺口系数分析 [7]。2014年，中南大学何竞飞进行的螺栓联接的精确建模与有限元分析，证明了基于有限元软件ANSYS的精确模型仿真能提高分析螺栓联接负载分布规律的准确度 [8]。目前，螺纹副应力分布的研究方法主要包括解析法、实验法和有限元法等[9]。然而，人们对有限元等软件的利用还不够充分，对实际工作中螺栓的力学性能研究仍显不足。 1994年，徐人平提出，增加螺纹小径，相应地可以增大螺纹牙底的圆弧半径，这样既可以降低轴向应力，又可以降低螺纹牙底的应力集中程度，提高螺栓疲劳强度可达20%~40%[10]。1995年，N. A. Noda指出，在加工时可适当加大牙根圆角半径以减小应力集中 [11] 。2009年，