如何选择合适的S-N曲线用于螺栓疲劳预测？

在设计螺栓连接时，最重要的问题是为疲劳预测选择合适的S-N曲线。S-N曲线在很大程度上取决于螺栓是如何制造的。螺栓的制造方法包括：

1）轧制螺纹然后热处理；

2）先对接近公称直径的材料做热处理，再轧制螺纹；

3）对特殊螺栓，可以用车床车螺纹或用手工工具攻丝（板牙）。

广泛采用的寿命预估和强度评估方法是德国规范VDI2230。VDI对轧制螺纹前、后进行热处理区分。

对于热处理后进行螺纹轧制的螺栓，螺纹轧制过程在表面引入了压应力，可以产生更好的疲劳性能，但是这也取决于螺栓中的平均应力。对最后进行热处理的螺栓，下面的方程是适用的：

σ_ASV=0.85（150/d+45）

对最后热处理的螺栓疲劳强度是螺栓直径的函数如图A-1所示。

图A-1 对最后热处理的螺栓疲劳强度是螺栓直径的函数

对于最后进行螺纹轧制的螺栓，下面的方程是适用的：

对于0.3＜F_Sm/F_0.2＜1有

式中 F_Sao——外部载荷引起的较高的力；(www.xing528.com)

F_Sau——外部载荷引起的较低的力；

F_Mzul——允许的预拉伸力。

最后轧制螺纹的螺栓，疲劳强度以螺栓直径为参数，是平均应力比F_Sm/F_0.2的函数如图A-2所示。

图A-2 最后轧制螺纹的螺栓，疲劳强度以螺栓直径为 参数，是平均应力比F_Sm/F_0.2的函数

这些值对8.8～12.9级螺栓在承受超过2×10⁶循环、生存概率为99%的情况下有效。对低于2×10⁶的循环数量，对应的失效应力可以由下式计算得到：

σ_AZSV=σ_ASV（N_D/N_Z）1/3

σ_AZSG=σ_ASV（N_D/N_Z）^1/6

对于最后进行热处理以及最后轧制螺纹的螺栓有N_D=2×10⁶，而N_Z是实际的载荷循环数。最后热处理及最后轧制螺纹的S-N曲线如图A-3所示。

图A-3 最后热处理及最后轧制螺纹的S-N曲线

这些S-N曲线可以扩展运用于恒定幅值的载荷，但是对于变幅值的载荷，它们并不是无条件有效的（此时应定义载荷谱）（VDI2230）。