螺栓抗剪強(qiáng)度校核（船舶螺栓校核案例分析）

漢中鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5小時(shí)前 09:43:04 1 搶沙發(fā)

螺栓抗剪強(qiáng)度校核是船舶制造中的關(guān)鍵步驟，以確保連接的可靠性和安全性。本文通過一個(gè)具體的船舶螺栓案例，分析了校核過程。介紹了校核的目的，即確保螺栓在受到剪切力作用時(shí)能夠承受相應(yīng)的拉力。詳細(xì)描述了校核所需的材料、幾何尺寸和環(huán)境條件，以及如何根據(jù)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。還討論了影響螺栓抗剪強(qiáng)度的因素，如螺紋類型、螺栓直徑、螺距等?？偨Y(jié)了校核過程中可能遇到的問題及解決方案。

一、螺栓抗剪強(qiáng)度校核相關(guān)概念

螺栓抗剪強(qiáng)度校核是確保螺栓在承受剪切力作用時(shí)能夠安全工作的重要計(jì)算。其涉及到多個(gè)力學(xué)概念和參數(shù)。

（一）螺栓強(qiáng)度等級(jí)

等級(jí)表示：一般用X.Y表示螺栓強(qiáng)度等級(jí)。例如8.8級(jí)螺栓，其中前一個(gè)8表示公稱抗拉強(qiáng)度為800N/mm2，后一個(gè)8表示屈服點(diǎn)為640N/mm2（8.8級(jí)產(chǎn)品的屈服點(diǎn)為800×0.8 = 640N/mm2）。常見的等級(jí)還有3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、9.8、10.9、12.9等。
不同等級(jí)的強(qiáng)度差異：不同等級(jí)的螺栓在抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度等方面有不同的數(shù)值，這些數(shù)值是進(jìn)行抗剪強(qiáng)度校核的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。例如4.8級(jí)螺栓和8.8級(jí)螺栓在相同規(guī)格下，其強(qiáng)度特性有明顯區(qū)別。

（二）剪切應(yīng)力與許用剪切應(yīng)力

剪切應(yīng)力計(jì)算：對(duì)于螺栓抗剪強(qiáng)度校核，螺栓抗剪強(qiáng)度以螺紋小徑為剪切面，計(jì)算抗剪彈性模量，扭矩除以抗剪彈性模量即為剪切應(yīng)力。公式可表示為： $\tau = \frac{T}{G}$ （ $\tau$ 為剪切應(yīng)力， $T$ 為扭矩， $G$ 為抗剪彈性模量）。
許用剪切應(yīng)力：材料的剪切應(yīng)力約為(0.5 - 0.8)拉壓應(yīng)力，再除以大于1的安全系數(shù)即為許用剪切應(yīng)力。安全系數(shù)大小取決于使用場合、載荷性質(zhì)等因數(shù)。例如在一些重要結(jié)構(gòu)中安全系數(shù)會(huì)取較大值，以確保螺栓使用的安全性。

二、螺栓抗剪強(qiáng)度校核的計(jì)算

（一）基本計(jì)算公式

單個(gè)螺栓：如果假設(shè)各螺栓所受的工作載荷相等，每個(gè)螺栓所受的剪力為 $F$ ，螺栓的剪切強(qiáng)度條件為 $\tau=\frac{F}{A}$ ，其中 $A$ 為螺栓的應(yīng)力截面積。不同規(guī)格的螺栓，其應(yīng)力截面積不同，例如M1螺栓的應(yīng)力截面積為 $0.46mm2$ ，M2螺栓的應(yīng)力截面積為 $2.07mm2$ 等。

（二）考慮多種因素的計(jì)算

螺栓材質(zhì)：不同材質(zhì)的螺栓具有不同的力學(xué)性能，例如低碳合金鋼或中碳鋼經(jīng)熱處理（淬火、回火）的螺栓可能為高強(qiáng)度螺栓，其強(qiáng)度特性與普通螺栓不同。在計(jì)算抗剪強(qiáng)度時(shí)需要根據(jù)材質(zhì)的抗拉強(qiáng)度、屈強(qiáng)比等來確定相關(guān)參數(shù)。如螺栓材質(zhì)公稱抗拉強(qiáng)度達(dá) $1000MPa$ 級(jí)，屈強(qiáng)比值為 $0.9$ ，則公稱屈服強(qiáng)度達(dá) $1000×0.9 = 900MPa$ 級(jí)。
工作環(huán)境溫度：在較高、較低溫度下長期工作的螺栓應(yīng)測不同溫度下的強(qiáng)度。通常的測試溫度為 $-60°C$ 、 $0°C$ 、 $60°C$ 、 $100°C$ 、 $150°C$ 、 $200°C$ 和 $250°C$ 。因?yàn)闇囟瓤赡軙?huì)影響螺栓材料的力學(xué)性能，從而影響其抗剪強(qiáng)度。在進(jìn)行校核計(jì)算時(shí)，如果螺栓在特殊溫度環(huán)境下工作，需要考慮溫度對(duì)強(qiáng)度的影響。

三、螺栓抗剪強(qiáng)度校核的實(shí)際應(yīng)用

（一）工程結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

在鋼結(jié)構(gòu)連接中，使用螺栓連接時(shí)，需要對(duì)螺栓進(jìn)行抗剪強(qiáng)度校核。例如在建筑、橋梁等大型工程結(jié)構(gòu)中，不同規(guī)格和等級(jí)的螺栓要根據(jù)所承受的剪切力、結(jié)構(gòu)的重要性等因素進(jìn)行準(zhǔn)確的校核計(jì)算，以確保結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
在機(jī)械產(chǎn)品的裝配中，如發(fā)動(dòng)機(jī)等設(shè)備，內(nèi)部的螺栓連接也需要進(jìn)行抗剪強(qiáng)度校核，防止在設(shè)備運(yùn)行過程中螺栓因剪切力過大而失效，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。

（二）不同行業(yè)中的應(yīng)用

在船舶制造中，螺栓用于連接船體結(jié)構(gòu)部件等，由于船舶在航行過程中會(huì)受到各種復(fù)雜的力，如波浪沖擊力等，螺栓的抗剪強(qiáng)度校核對(duì)于船舶的安全性至關(guān)重要。
在電子設(shè)備中，雖然使用的多為微型螺栓，但在一些關(guān)鍵部位，如電路板的固定等，也需要考慮螺栓的抗剪強(qiáng)度，以避免在設(shè)備運(yùn)輸或使用過程中因振動(dòng)等原因造成螺栓松動(dòng)或破壞。