潘 锋 戢守良

（徐州徐工筑路机械有限公司，徐州 221300）

螺栓疲劳失效是导致工程机械故障的主要原因之一。材料受到的应力不应超过材料的极限拉伸强度，而疲劳会使紧固件受到较大的应力而发生失效的情况。这种失效是由于螺栓在一段时间内多次重复受力而产生的[1-3]。

1 螺栓疲劳过程分析

螺栓产生疲劳断裂必须满足4 个条件，即周期性拉伸负载、高于材料的极限拉伸应力、易受影响的材料以及材料本身内部有缺陷。一旦满足这些条件，疲劳发生过程就可分为裂纹萌生、裂纹发展、裂纹扩散和断裂4 个阶段[4]。

裂纹萌生中常见的诱因有紧固件的划痕或其他一些较小的表面变形、热处理工艺不一致或发生腐蚀以及材料发生氢脆等。几乎所有紧固件都有潜在的疲劳失效诱因，一旦开始产生裂纹，轴向应力会促使裂纹发展。此外，尖角和裂纹处的应力一般很高（应力集中点），而周期性的轴向应力会导致螺栓材料发生撕裂。裂纹每个阶段都可能会增长，而拉应力区域（即螺栓危险截面面积）会逐渐减小，导致固定负载下的应力加大。疲劳发生过程开始比较缓慢，但裂纹长度随循环次数的增加呈指数增长[5]。

裂纹扩散阶段恰好描述了裂纹的快速增长过程。该阶段的拉应力区域（即螺栓危险截面面积）逐渐减小，会导致螺栓中的应力不断增加。当此应力高于极限拉伸载荷时，螺栓会在其螺杆横截面范围内断裂并彻底断裂分开。这种突然断裂的情况往往没有任何征兆和预警，只能通过分析断裂横截面的情况，目视判断是否为疲劳断裂。……