基于數據庫交互的聯接螺栓壽命管理系統

余育青

（浙江工業職業技術學院，浙江 紹興312000）

1 引 言

聯接螺栓具有使用方便、結構相對簡單，制造經濟等優點，廣泛用于生活中的各種機構、機械、設備中，但在關鍵的部件中對螺栓壽命必須加強科學的管理。企業中螺栓管理存在以下幾種問題：忽略、粗放、事后分析。

如果忽略對關鍵部件中的螺栓壽命管理，存在安全隱患的可能性倍增，造成的危害和損失難以統計。即使有時做點檢查，意識到安全問題的存在，但只作粗放管理，看似能解決問題，由于缺乏科學性，隱患問題還是存在。而出了問題事后分析是典型的補救措施，存在滯后的突出問題。生活中小螺栓引起大事情有不少例子。2003 年6 月4 日，新疆某一大型游樂設施阿拉伯飛毯出現事故就是其中一例。

螺栓疲勞、斷裂問題所牽涉的學科門類非常廣泛。本文基于疲勞、斷裂基礎理論，利用現今高速發展與廣泛應用的信息技術、網絡技術、云技術，設計以應力應變譜、損傷累計理論、壽命計算方程等為主要功能的螺栓壽命管理軟件結構，采用交互式數據庫的系統解決方案。

2 項目意義

國內學者在聯接螺栓疲勞的研究方面做了一定工作，但是基礎理論研究和疲勞試驗都相對有限，較多文獻研究的是利用ANSYS、MSC.Marc、Algor.FEA 等軟件中的疲勞分析模塊對聯接螺栓的疲勞壽命進行估算和分析。在聯接螺栓的疲勞壽命預測模型方面，國外學者及研究機構有較為扎實的理論和實踐基礎，做了大量的試驗和基礎理論研究，在此領域處于領頭羊的地位。國內學者應用現成軟件的疲勞分析模塊和軟件自帶的相關實驗數據固然方便了研究者的分析工作，如對結論不作進一步的對比研究及實驗驗證，只是照搬照套，不利于對聯接螺栓的疲勞壽命深入分析，更不可能改進已有理論或發展新的理論。

圖1 聯接螺栓壽命管理系統總體功能結構圖

針對螺栓疲勞方面需做大量的試驗和基礎研究問題，文中構建了一種聯接螺栓壽命管理系統的模型。該模型旨在管理和分析進一步研究對比資料中的試驗數據，同時為改進已有理論或發展新的理論打下堅實基礎，促進并提升發展抗疲勞、抗斷裂實用設計技術。對開發聯接螺栓壽命管理系統有一定的現實意義。

3 基本思路

系統對聯接螺栓的疲勞壽命計算的基本思路是：（1）確定聯接螺栓疲勞危險部位的應力應變譜。（2）采用線性損傷累積理論、雙線性損傷累積理論、損傷曲線法等幾種不同的疲勞損傷累積理論，結合零平均應力和非零平均應力下的ε-N 曲線，初步確定聯接螺栓危險部位的疲勞壽命。（3）根據所計算的數據與實驗數據和系統歷史數據對比，從中找出差距并分析原因。研究人員及時總結經驗并進行理論證明，為后續研究打下堅實基礎，以便促進并提升發展抗疲勞、抗斷裂實用設計技術。（4）系統采用數據庫的交互解決方案，在用戶與系統交互，Web 服務器調用數據層提供的功能訪問數據庫，實現數據流暢運行，這種架構方式方便管理和系統升級維護。

4 總體功能結構圖

針對聯接螺栓的預緊力的確定、強度分析和疲勞壽命預測問題進行分析，確定了應力應變譜、損傷累計理論、壽命計算方程為主要功能的聯接螺栓壽命管理系統。系統總體功能結構圖如圖1。

系統在充分考慮聯接螺栓機件的強度特征、分離特征、疲勞特征、動力特征等方面的準則來計算預緊應力，并進行相應校驗。聯接螺栓壽命管理系統由聯接螺栓的預緊力、機動載荷、離心載荷、熱載荷和氣動力構成了載荷特征分析模型。正是由于螺栓聯接失效的重要性，在研究已有的強度分析和疲勞壽命預測理論、損傷累計理論、壽命計算方程等基礎條件下，改進已有理論或發展新的理論是研究聯接螺栓壽命管理系統的必由之路。螺栓聯接失效的問題，是研究聯接螺栓壽命管理系統的靈魂。

5 數據庫交互的三層架構

數據庫交互采用流行的B/S 模式三層架構，分別為表現層、交互技術服務層、數據庫層，如圖2 所示。前端是系統與用戶交互層。主要實現系統輸出的數據在Web 瀏覽器顯示上，對用戶輸入的數據獲取、檢驗，并將數據傳給中間交互技術服務層。中間交互技術服務層具有實現處理應用中全部事務程序的功能，該層在Web 服務器上。后臺是數據庫層，用來實現與Web 服務器數據的交互，該層在數據庫服務器上。

由于用戶利用ANSYS、MSC.Marc、Algor.FEA 等軟件中的疲勞分析模塊對聯接螺栓的疲勞壽命進行估算和分析中存在異構數據，為保證系統的結構完整和數據庫的完整和安全，對異構數據的傳遞，中間交互層做了標準接口，方便系統功能的擴充和滿足更多的用戶需求。這種方式保證了對數據庫的數據實時操作，實現了遠程用戶利用系統資源的功能，也為廠家對使用螺栓客戶提供了新的服務模式，更為客戶建立和管理聯接螺栓壽命庫帶來系統性的改觀。此功能可為后續開發螺栓壽命監測提供必要的技術支持。

圖2 數據庫交互的三層架構

6 結 語

設系統的開發，為促進抗疲勞、抗斷裂實用設計技術的發展，分析研究聯接螺栓疲勞方面大量試驗數據和歷史數據提供條件，系統的實現依賴于大量的模擬試驗數據和歷史數據，以及可靠的理論模型，便于對聯接螺栓的預緊力、強度、疲勞壽命做出更精確的評價。

開發良好的用戶界面，方便用戶在此環境中對數據庫進行交互操作。驗證本系統計算結果與試驗結果是否相一致是完善本系統的關鍵，這些工作在今后有待完成。

本系統為方便研究者的分析對比工作，從而改進已有理論或發展新的理論，通過基礎工作的積累，形成自主創新的聯接螺栓的疲勞壽命計算理論和技術。

［1］ 山本晃.螺紋聯接的理論與計算［M］.郭可謙，等譯.上海：上海科學技術文獻出版社，1984.

［2］ 緊固件聯接設計手冊編寫委員會.緊固件聯接設計手冊［M］.北京：國防工業出版社，1990.

［3］（美）STEPHENS R K，et al.Database Design［M］.何玉潔，等譯.北京：機械工業出版社，2001.