6螺栓联接的可靠性设计

螺栓联接的可靠性设计

螺栓联接可靠性设计的目的即在给定螺栓联接的目标可靠度前提下，确定螺栓的直径或已知螺栓的直径，验算该螺栓联接是否达到规定的可靠性要求。可靠性设计的内容包括：
1）已知螺栓载荷、材料及可靠度指标，求螺栓直径及其公差；
2）已知螺栓尺寸和可靠度指标，分析可靠度对螺栓尺寸变化的敏感度。
试验表明，受拉螺栓联接的强度分布、应力分布等均近似服从正态分布规律。表2.1-22给出了螺栓强度均值和变差因数。

表2.1-22 螺栓强度均值及变差因数估算值

强度级别	抗拉强度 ðb/ MPa	均值 µðb/ MPa	变差因数 Cðb	屈服点 ðs/ MPa	均值 µðs/ MPa	变差因数 Cðs	推荐材料
4.6	400	475	0.053	240	272.5	0.06	15、Q235-A、10、Q215-A
4.8	400	475	0.053	320	387.5	0.074	15、Q235-A、10、Q215-A
5.6	500	600	0.055	300	341.5	0.052	25、35、15、Q235-A
5.8	500	600	0.055	400	483.7	0.074	25、35、15、Q235-A
6.6	600	700	0.048	360	408.8	0.051	45、35
6.8	600	700	0.048	540	580	0.074	45、35
8.8	800	900	0.037	640	774.9	0.075	35、45
10.9	1000	1100	0.03	900	1008	0.077	40Cr、20CrMnSi、15MnVB
12.9	1200	1300	0.026	1080	1332	0.094	40Cr、20CrMnSi、15MnVB

注：变差因数C为标准差与均值之比。
螺栓联接可靠性设计的步骤如下:
①确定设计准则
设计准则取决于失效形式，不同的螺栓联接形式和受力形式有着不同的失效形式，也就有着不同的可靠性设计准则。表2.1-23给出了对应特定失效形式的可靠性设计准则。

表2.1-23 螺栓联接可靠性设计准则

联接形式		失效形式	设计准则
受拉伸静载荷	松联接	断裂	P (ðb-ð>0)≥R
受拉伸静载荷	紧联接	屈服	P (ðs-ð>0)≥R
受拉伸循环载荷紧联接		疲劳断裂	P (ðsL-ða>0)≥R
受剪切静载荷联接		切断	P (tb-t>0) ≥R
受剪切静载荷联接		压溃	P (ðs-ðp>0)≥R或P (ðb-ðp>0)≥R
受剪切循环载荷联接		疲劳切断	P (t-1- t>0)≥R

注：P—概率；R—可靠度。
②确定应力分布和强度分布
螺栓联接的应力和强度分布一般按正态分布处理。常用代数法对两个正态分布进行综合，以确定它们的均值和标准差。表2.1-24给出了正态分布随机变量的二元综合计算公式。
③应用联结方程求可靠度或螺栓直径
螺栓联接的联结方程表达式为：
螺栓联接方程式
在进行螺栓联接的可靠性设计时，若给定目标可靠度，则可由标准正态分布表（见表2.1-25)査出相应的联结因数，再按联结方程求出螺栓直径；若给定螺栓直径，则可按联结方程求出联结因数，再由标准正态分布表2.1-25査出相应的可靠度，分析可靠度对螺栓尺寸变化的敏感度。

表2.1-24 正态分布随机变量的二元综合计算公式

注：1.对于加、减运算，公式是精确的。
2.其余的运算是近似的，当Cxy=ðx/µx<0.10,Cxy=ðx/µy<0.10时，结果是足够近似的。

表2.1-25 标准正态分布表

ZR	0.00	0.01	0.02	0.03	0.04	0.05	0.06	0.07	0.08	0.09
0.0	0.500 00	50 399	50 798	51 197	51 595	51 994	52 392	52 790	53 188	53 586
0.1	53 983	54 380	54 776	55 172	55 567	55 962	56 356	56 749	57 142	57 535
0.2	57 926	58 317	58 706	59 095	59 483	59 871	60 257	60 642	61 026	61 409
0.3	61 791	62 172	62 552	62 930	63 307	63 683	64 058	64 431	64 803	65 173
0.4	65 542	65 910	66 276	66 640	67 003	67 364	67 724	68 082	68 439	68 793
0.5	69 146	69 497	69 847	70 194	70 540	70 884	71 226	71 566	71 904	72 240
0.6	72 575	72 907	73 237	73 565	73 891	74 215	74 537	74 857	75 175	75 490
0.7	75 804	76 115	76 424	76 730	77 035	77 337	77 637	77 935	78 230	78 524
0.8	78 814	79 103	79 389	79 673	79 955	80 234	80 511	80 785	81 057	81 327
0.9	81 594	81 859	82 121	82 381	82 639	82 894	83 147	83 398	83 646	83 891
1.0	84 134	84 375	84 614	84 850	85 083	85 314	85 543	85 769	85 993	86 214
1.1	86 433	86 650	86 864	87 076	87 286	87 493	87 698	87 900	88 100	88 298
1.2	88 493	88 686	88 877	89 065	89 251	89 435	89 617	89 796	89 973	90 147
1.3	90 320	90 490	90 658	90 824	90 988	91 149	91 309	91 466	91 621	91 774
1.4	91 924	92 073	92 220	92 364	92 507	92 647	92 786	92 922	93 056	93 189
1.5	93 319	93 448	93 574	93 699	93 822	93 943	94 062	94 179	94 295	94 408
1.6	94 520	94 630	94 738	94 845	94 950	95 053	95 154	95 254	95 352	95 449
1.7	95 543	95 637	95 728	95 818	95 907	95 994	96 080	96 164	96 246	96 327
1.8	96 407	96 485	96 562	96 638	96 712	96 784	96 856	96 926	96 995	97 062
1.9	97 128	97 193	97 257	97 320	97 381	97 441	97 500	97 558	97 615	97 670
2.0	97 725	97 778	97 831	97 882	97 932	97 982	98 030	98 077	98 124	98 169
2.1	98 214	98 257	98 300	98 341	98 382	98 422	98 461	98 500	98 537	98 574
2.2	98 610	98 645	98 679	98 713	98 745	98 778	98 809	98 840	98 870	98 899
2.3	98 928	98 956	98 983	99 010	99 036	99 061	99 086	99 111	99 134	99 158
2.4	99 180	99 202	99 224	99 245	99 266	99 286	99 305	99 324	99 343	99 361
2.5	99 379	99 396	99 413	99 430	99 446	99 461	99 477	99 492	99 506	99 520
2.6	99 534	99 547	99 560	99 573	99 585	99 598	99 609	99 621	99 632	99 643
2.7	99 653	99 664	99 674	99 683	99 693	99 702	99 711	99 720	99 728	99 736
2.8	99 744	99 752	99 760	99 767	99 774	99 781	99 788	99 790	99 801	99 807
2.9	99 813	99 819	99 825	99 831	99 836	99 841	99 846	99 851	99 856	99 861
ZR	0.0	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8	0.9
3	0.998 65	99 903	99 931	99 952	99 966	99 977	99 984	99 989	99 993	99 995

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