نوع برشی پیچشی-پیچ و مهره های{0}}با استحکام بالابست های کلیدی هستند که معمولاً در اتصالات سازه ای استفاده می شوند. این مقاله معرفی دقیق و تجزیه و تحلیل سیستماتیک ساختار، عملکرد هسته و کاربردهای مهندسی آنها را ارائه میکند: ابتدا ساختار اصلی و اصل کار آنها را توضیح میدهد، سپس به بررسی ویژگیهای مقاومت بالا، عملکرد لرزهای و کاربردهای معمول در زمینه مهندسی میپردازد، و در نهایت جهتهای توسعه آینده چنین پیچها را برای ارائه مرجعی برای تحقیقات و عمل مربوطه پیشنهاد میکند.
کلمات کلیدی: پیچ و مهرههای با استحکام-پیچ و مهرهای از نوع برشی بالا-. اتصالات ساختاری؛ خواص مکانیکی؛ کاربردهای مهندسی؛ جهت های توسعه
1. مقدمه
پیچ و مهره ها به عنوان اساسی ترین اتصال دهنده ها در زمینه های مکانیکی و ساختمانی به طور گسترده ای در گره های اتصال سازه های مختلف استفاده می شوند. پیچ و مهرههای با استحکام بالا{1}}برشی-قطعات اتصال کارآمدی هستند که بر اساس پیچهای سنتی توسعه یافتهاند. با مزایای اصلی "گشتاور نصب قابل کنترل، قابلیت اطمینان اتصال بالا، استحکام بالا و عملکرد لرزه ای عالی"، آنها به روش اصلی اتصال در زمینه هایی مانند سازه های فولادی و ماشین آلات سنگین تبدیل شده اند و در سال های اخیر در عمل مهندسی و تحقیقات دانشگاهی مورد توجه قرار گرفته اند. این مقاله به طور سیستماتیک ویژگیهای ساختاری، عملکرد هسته، و سناریوهای کاربردی پیچها با استحکام بالا-نوع برشی{6}}پیچش را مرتب میکند، مزایای فنی آنها را روشن میکند، و جهتهای تحقیقاتی آینده را در ترکیب با نیازهای توسعه صنعت تحلیل میکند، و پشتیبانی نظری را برای کاربردهای مهندسی گستردهتر آنها ارائه میکند.
2. ساختار و اصل کار پیچ و مهرههای پیچش{1}}نوع برشی بالا{2}}استحکام
اجزای اصلی پیچ و مهره های با استحکام بالا-پیچ برشی- شامل بدنه پیچ، مهره و واشر است. تفاوت اساسی بین ساختار آنها و پیچهای{3}}با استحکام بالا در این استپیچ و تاب ویژه-برشی برشی در انتهای بدنه پیچ-به جای "قطعات برشی چندگانه" این بریدگی یک پیوند ضعیف است که سر پیچ و ساقه را به هم وصل میکند و استحکام مقطع{3}}ش دقیقاً برای مطابقت با گشتاور قبل از سفت شدن پیچ طراحی شده است.
اصل کار آن به دو مرحله تقسیم می شود: "نصب و سفت کردن" و "بار- تحمل". در حین نصب، از یک آچار گشتاور مخصوص برای بستن سر پیچ و سر سوکت شش ضلعی در انتها استفاده می شود و با اعمال گشتاور به پیچ نیروی پیش{2} سفت شدن ایجاد می شود. هنگامی که گشتاور به آستانه طراحی رسید، پیچش انتهایی-برشی برشی در امتداد مقطع از پیش تعیینشده بریده میشود. در این زمان،{7}}نیروی قبل از سفت کردن پیچ فقط الزامات مشخصات را برآورده میکند، و متوجه سفت شدن دقیق «کنترل گشتاور از طریق برش» میشود و از مشکلات ناکافی{8}}نیروی سفت شدن یا اضافه بار ناشی از کنترل نادرست گشتاور پیچهای سنتی جلوگیری میکند. در مرحله تحمل بار، پیچ باعث میشود که قطعات متصل از طریق نیروی کششی پیش{11}کششی ساق، نیروی برشی را با استفاده از اصطکاک بین قطعات متصل منتقل کند، و خود ساق میتواند به تحمل بخشی از بار برشی کمک کند، و یک مکانیسم «اصطکاک{12}که قابلیت اتصال مجدد را بهبود میبخشد» ایجاد میکند.
3. عملکرد پیچ و مهره های پیچشی{1}}نوع برشی بالا{2}}استحکام
3.1 عملکرد بالا{1}}
پیچ و مهرههای با استحکام بالا-برشی-معمولاً از فولاد ساختاری آلیاژی-با کیفیت بالا مانند 42CrMoA ساخته میشوند. پس از عملیات حرارتی کوئنچ و تمپرینگ (کوئنچ + اعتدال{6}در دمای بالا)، درجه استحکام آنها عموماً به درجه 10.9 یا بالاتر میرسد و محصولات مورد استفاده در برخی سناریوهای خاص میتوانند به درجه 12.9 برسند. استحکام کششی آنها کمتر از 1000 مگاپاسکال نیست و استحکام برشی آنها 1.5-2 برابر پیچ و مهره های معمولی درجه 8.8 است که می تواند به طور مؤثری نیازهای سناریوهای اتصال با بار بالا مانند اتصالات تیرهای سازه فولادی{15}} و تیرهای جعبه فولادی پل را برآورده کند. در مقایسه با پیچهای سنتی با استحکام بالا، مزیت آنها نه تنها در استحکام مواد بلکه در پایداری یاتاقان است که با «کنترل دقیق{17}نیروی سفتکننده»{18}}جلوگیری از مشکل اضافه بار جزئی پیچ و شکست جزئی پیچ ناشی از نیروی پیشبست گسسته ایجاد میشود.
3.2 عملکرد لرزه ای
مزیت لرزهای پیچ و مهرههای با استحکام بالا-پیچ و مهرهای از نوع برشی-از ویژگیهای «پیش{2} سفت شدن دقیق + بلبرینگ انعطافپذیر» ناشی میشود: از یک طرف، نیروی دقیق قبل از سفت کردن، قطعات متصل را کاملاً متصل نگه میدارد. حتی تحت تأثیر بارهای چرخه ای لرزه ای، نیروی برشی می تواند به طور موثر از طریق اصطکاک سطح تماس منتقل شود و تغییر شکل برشی خود پیچ را کاهش دهد. از طرف دیگر، عملیات خاموش کردن و تمپر کردن بدنه پیچ به آن استحکام بالا و چقرمگی خوبی می دهد. تحت بار ضربه ای ایجاد شده توسط زلزله، می تواند انرژی را از طریق تغییر شکل الاستیک جزئی جذب کند تا از شکستگی شکننده جلوگیری کند. دادههای آزمایشی مربوطه نشان میدهد که اتصالات سازه فولادی با استفاده از پیچهای پیچخورده-نوع برشی بالا-در زلزلههای مکرر آسیب آشکاری ندارند و تنها تغییر شکل پلاستیکی جزئی پیچها در زلزلههای نادر رخ میدهد. عملکرد کلی لرزه ای اتصالات در مقایسه با اتصالات پیچی سنتی بیش از 30 درصد بهبود یافته است، که می تواند به طور موثر تمرکز تنش سازه را کاهش دهد و ایمنی کلی سازه را در برابر لرزه تضمین کند.
4. کاربرد پیچ و مهره های پیچشی{1}}نوع برشی بالا{2}}استحکام
پیچها و پیچها با استحکام بالا از نوع تابشی، استحکام بالا و مقاومت لرزهای، با مزایایی که دارند، به اتصال دهندههای ترجیحی در زمینههایی تبدیل شدهاند که به قابلیت اطمینان اتصال بالا نیاز دارند. سناریوهای کاربردی معمولی عبارتند از:
سازههای فولادی ساختمان: مانند اتصالات تیر-قابهای فولادی ساختمانهای بلند-، اتصالات تیر جرثقیل کارگاههای سازههای فولادی، و اتصالات گرهای سازههای فضایی دهانه بزرگ-، که پایداری سازه را در برابر بارهای باد و بارهای لرزهای تضمین میکند.
مهندسی پل: برای اتصال تیرهای جعبه فولادی، اتصالات بین پایه های پل و تیرهای کلاهک، و گره های سازه فولادی کابل-برج های پل ثابت، سازگار با نیروهای پیچیده پل ها تحت بارهای دینامیکی وسیله نقلیه و تغییرات دما استفاده می شود.
ماشین آلات سنگین: مانند اتصالات قاب ماشین آلات معدن، اتصالات فلنج برج تجهیزات نیروگاه بادی، و{0}}اتصالات سازه باربر تجهیزات متالورژی، تحمل بارهای زیاد و بارهای ارتعاشی.
ترانزیت ریلی: از جمله پل های فولادی راه آهن و اتصالات پشتیبانی سازه های فولادی ترانزیت ریلی شهری که الزامات سختگیرانه سیستم ریلی را برای دقت و دوام اتصال برآورده می کند.
لازم به ذکر است که چنین پیچ و مهره هایی برای محیط های-بالا- طولانی مدت (بیش از 300 درجه ) یا محیط های خوردگی قوی مناسب نیستند. در صورت نیاز به استفاده از آنها در چنین سناریوهایی، تیمارهای ضد خوردگی سطح اضافی (مانند داکرومت، نفوذ روی، و غیره) و مواد آلیاژی مقاوم در برابر دما باید اتخاذ شوند.
5. جهت توسعه پیچ و مهره های پیچش{1}}نوع برشی بالا{2}}استحکام
5.1 تحقیق ارتقاء مواد
در آینده، باید بر روی توسعه دو نوع ماده تمرکز کرد: یکی «آلیاژهای فوقالعاده-مقاوم و مقاوم در برابر خوردگی{1}». با ترکیب فناوری میکروآلیاژ و فرآیندهای تصفیه سطح، استحکام به درجه 14.9 بر اساس درجه 12.9 موجود افزایش می یابد. در عین حال، مقاومت به خوردگی در اتمسفر دریایی و محیطهای خوردگی صنعتی با افزودن کروم، عناصر نیکل یا استفاده از فناوری پوشش آزاد کروم{5}}افزایش مییابد. مورد دوم "مواد سبک وزن" است که کاربرد آلیاژهای تیتانیوم و فولاد ضد زنگ با استحکام بالا در پیچ و مهرههای نوع پیچشی-برای پاسخگویی به نیازهای سناریوهای سبکوزن و تمیزی{8} بالا مانند تجهیزات هوافضا و پزشکی را بررسی میکند.
5.2 بهینه سازی ساختاری و فرآیندی
جهتهای بهینهسازی سازه عبارتند از: طراحی-پیچش مقطع-برشهای برشی متغیر برای یکنواختتر کردن مصرف انرژی پیچها در حین نصب و برش، و بهبود بیشتر دقت کنترل نیروی پیش{2}} سفت کردن. توسعه یک طرح یکپارچه با "ساختار ضد-شل شدن"، ادغام واشرهای ضد شل شدن-در انتهایپیچ و مهرهبرای انطباق با سناریوهای مکانیکی با ارتعاشات مکرر. بهینه سازی فرآیند بر ترکیبی از فناوری شکل دهی سرد و فرآیند عملیات حرارتی تمرکز دارد. با کنترل دقیق تغییر شکل هد سرد برای کاهش تنش مواد داخلی، همراه با عملیات خاموش کردن و تمپر کردن بخشبندی شده، یکنواختی عملکرد پیچ بهبود یافته و نرخ ضایعات در فرآیند تولید کاهش مییابد.
5.3 بهبود شبیه سازی عددی و سیستم تست
با کمک فنآوری تحلیل اجزا محدود (FEA)، یک مدل عددی کامل-چرخه عمر پیچها از «نصب و برش» تا «بار-برآوری کنید، قانون تخریب عملکرد پیچها را در دماها و محیطهای خوردگی مختلف شبیهسازی کنید، و مبنای نظری را برای انتخاب در سناریوهای خاص ارائه دهید. در عین حال، سیستم تحقیق آزمون را بهبود بخشید. علاوه بر آزمایشهای کششی و برشی مرسوم، «آزمایشهای عمر خستگی» و «آزمایشهای کوپلینگ خستگی{{3}» خوردگی» را اضافه کنید و یک روش ارزیابی عمر پیچ بر اساس تئوری قابلیت اطمینان ایجاد کنید، که محدودیت فعلی تکیه بر دادههای تجربی را شکسته و پشتیبانی فنی علمی بیشتری برای کاربردهای مهندسی ارائه میکند.
6. نتیجه گیری
پیچ و مهرههای با استحکام بالا{0}}پیچ و مهرهای از نوع برشی-، بستهای اتصال سازهای کارآمدی هستند که «سفت کردن دقیق، استحکام بالا و مقاومت لرزهای بالا» را یکپارچه میکنند. مزیت اصلی آنها دستیابی به کنترل دقیق نیروی قبل از سفت شدن از طریق یک ساختار برشی پیچشی{4} ویژه، حل نقاط درد کلیدی اتصالات پیچ و مهره سنتی است. در حال حاضر، آنها به طور گسترده در زمینه هایی مانند ساخت و ساز، پل ها، و ماشین آلات سنگین استفاده می شوند و به اجزای اصلی برای اطمینان از اتصالات-بار و{7} با قابلیت اطمینان بالا تبدیل شده اند.
در آینده، جهتهای اصلی توسعه پیچ و مهرههای تابشی-نوع برشی با استحکام بالا-دستیابی به "استحکام بیشتر + مقاومت در برابر خوردگی بهتر" از طریق ارتقاء مواد، بهبود کارایی نصب و پایداری یاتاقان از طریق بهینهسازی ساختاری و فرآیند، و بهبود سیستم ارزیابی عملکرد از طریق شبیهسازی عددی و تحقیقات آزمایشی خواهد بود. با پیشرفت این فناوریها، سناریوهای کاربردی آنها در زمینههای سختتر مانند مهندسی دریایی و هوافضا گسترش مییابد و تضمینهای اتصال مطمئنتری برای تولید تجهیزات پیشرفته و ساختوساز مهندسی عمده ارائه میکند.
