基于数据库交互的联接螺栓寿命管理系统

余育青

（浙江工业职业技术学院，浙江 绍兴312000）

1 引 言

联接螺栓具有使用方便、结构相对简单，制造经济等优点，广泛用于生活中的各种机构、机械、设备中，但在关键的部件中对螺栓寿命必须加强科学的管理。企业中螺栓管理存在以下几种问题：忽略、粗放、事后分析。

如果忽略对关键部件中的螺栓寿命管理，存在安全隐患的可能性倍增，造成的危害和损失难以统计。即使有时做点检查，意识到安全问题的存在，但只作粗放管理，看似能解决问题，由于缺乏科学性，隐患问题还是存在。而出了问题事后分析是典型的补救措施，存在滞后的突出问题。生活中小螺栓引起大事情有不少例子。2003 年6 月4 日，新疆某一大型游乐设施阿拉伯飞毯出现事故就是其中一例。

螺栓疲劳、断裂问题所牵涉的学科门类非常广泛。本文基于疲劳、断裂基础理论，利用现今高速发展与广泛应用的信息技术、网络技术、云技术，设计以应力应变谱、损伤累计理论、寿命计算方程等为主要功能的螺栓寿命管理软件结构，采用交互式数据库的系统解决方案。

2 项目意义

国内学者在联接螺栓疲劳的研究方面做了一定工作，但是基础理论研究和疲劳试验都相对有限，较多文献研究的是利用ANSYS、MSC.Marc、Algor.FEA 等软件中的疲劳分析模块对联接螺栓的疲劳寿命进行估算和分析。在联接螺栓的疲劳寿命预测模型方面，国外学者及研究机构有较为扎实的理论和实践基础，做了大量的试验和基础理论研究，在此领域处于领头羊的地位。国内学者应用现成软件的疲劳分析模块和软件自带的相关实验数据固然方便了研究者的分析工作，如对结论不作进一步的对比研究及实验验证，只是照搬照套，不利于对联接螺栓的疲劳寿命深入分析，更不可能改进已有理论或发展新的理论。

图1 联接螺栓寿命管理系统总体功能结构图

针对螺栓疲劳方面需做大量的试验和基础研究问题，文中构建了一种联接螺栓寿命管理系统的模型。该模型旨在管理和分析进一步研究对比资料中的试验数据，同时为改进已有理论或发展新的理论打下坚实基础，促进并提升发展抗疲劳、抗断裂实用设计技术。对开发联接螺栓寿命管理系统有一定的现实意义。

3 基本思路

系统对联接螺栓的疲劳寿命计算的基本思路是：（1）确定联接螺栓疲劳危险部位的应力应变谱。（2）采用线性损伤累积理论、双线性损伤累积理论、损伤曲线法等几种不同的疲劳损伤累积理论，结合零平均应力和非零平均应力下的ε-N 曲线，初步确定联接螺栓危险部位的疲劳寿命。（3）根据所计算的数据与实验数据和系统历史数据对比，从中找出差距并分析原因。研究人员及时总结经验并进行理论证明，为后续研究打下坚实基础，以便促进并提升发展抗疲劳、抗断裂实用设计技术。（4）系统采用数据库的交互解决方案，在用户与系统交互，Web 服务器调用数据层提供的功能访问数据库，实现数据流畅运行，这种架构方式方便管理和系统升级维护。

4 总体功能结构图

针对联接螺栓的预紧力的确定、强度分析和疲劳寿命预测问题进行分析，确定了应力应变谱、损伤累计理论、寿命计算方程为主要功能的联接螺栓寿命管理系统。系统总体功能结构图如图1。

系统在充分考虑联接螺栓机件的强度特征、分离特征、疲劳特征、动力特征等方面的准则来计算预紧应力，并进行相应校验。联接螺栓寿命管理系统由联接螺栓的预紧力、机动载荷、离心载荷、热载荷和气动力构成了载荷特征分析模型。正是由于螺栓联接失效的重要性，在研究已有的强度分析和疲劳寿命预测理论、损伤累计理论、寿命计算方程等基础条件下，改进已有理论或发展新的理论是研究联接螺栓寿命管理系统的必由之路。螺栓联接失效的问题，是研究联接螺栓寿命管理系统的灵魂。

5 数据库交互的三层架构

数据库交互采用流行的B/S 模式三层架构，分别为表现层、交互技术服务层、数据库层，如图2 所示。前端是系统与用户交互层。主要实现系统输出的数据在Web 浏览器显示上，对用户输入的数据获取、检验，并将数据传给中间交互技术服务层。中间交互技术服务层具有实现处理应用中全部事务程序的功能，该层在Web 服务器上。后台是数据库层，用来实现与Web 服务器数据的交互，该层在数据库服务器上。

由于用户利用ANSYS、MSC.Marc、Algor.FEA 等软件中的疲劳分析模块对联接螺栓的疲劳寿命进行估算和分析中存在异构数据，为保证系统的结构完整和数据库的完整和安全，对异构数据的传递，中间交互层做了标准接口，方便系统功能的扩充和满足更多的用户需求。这种方式保证了对数据库的数据实时操作，实现了远程用户利用系统资源的功能，也为厂家对使用螺栓客户提供了新的服务模式，更为客户建立和管理联接螺栓寿命库带来系统性的改观。此功能可为后续开发螺栓寿命监测提供必要的技术支持。

图2 数据库交互的三层架构

6 结 语

设系统的开发，为促进抗疲劳、抗断裂实用设计技术的发展，分析研究联接螺栓疲劳方面大量试验数据和历史数据提供条件，系统的实现依赖于大量的模拟试验数据和历史数据，以及可靠的理论模型，便于对联接螺栓的预紧力、强度、疲劳寿命做出更精确的评价。

开发良好的用户界面，方便用户在此环境中对数据库进行交互操作。验证本系统计算结果与试验结果是否相一致是完善本系统的关键，这些工作在今后有待完成。

本系统为方便研究者的分析对比工作，从而改进已有理论或发展新的理论，通过基础工作的积累，形成自主创新的联接螺栓的疲劳寿命计算理论和技术。

［1］ 山本晃.螺纹联接的理论与计算［M］.郭可谦，等译.上海：上海科学技术文献出版社，1984.

［2］ 紧固件联接设计手册编写委员会.紧固件联接设计手册［M］.北京：国防工业出版社，1990.

［3］（美）STEPHENS R K，et al.Database Design［M］.何玉洁，等译.北京：机械工业出版社，2001.