螺紋緊固件8.8、9.8、10.9、12.9和12.9等級別，材質(zhì)為低合金鋼或低、中碳鋼并經(jīng)熱處理（淬火、回火），通稱為高強(qiáng)度螺栓，螺紋連接是機(jī)械連接中的重要方式。

目前，由于高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度鋼制造的螺紋緊固件在實(shí)際工程中存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不確定的問題，其主要原因是標(biāo)準(zhǔn)配合螺紋在發(fā)生塑性變形后，其配合螺紋之間的應(yīng)力分布及由塑性變形帶來的局部高應(yīng)力轉(zhuǎn)移不確定性，這就導(dǎo)致配合的螺紋緊固件的某些螺紋根部應(yīng)力非常大，從而帶來結(jié)構(gòu)強(qiáng)度破環(huán)和早期疲勞失效。

螺紋緊固件的疲勞和一般疲勞一樣，存在著5個必要條件：①交變工作載荷；②高于疲勞極限的應(yīng)力副；③疲勞源；④環(huán)境介質(zhì)；⑤材料的敏感性。螺栓連接疲勞失效可從這5個方面著手，進(jìn)行設(shè)計時的疲勞失效預(yù)防和疲勞失效分析。

螺紋緊固件的疲勞失效可以在設(shè)計中避免的。螺紋緊固件的疲勞失效，大多數(shù)都不是因?yàn)槁菁y緊固件的質(zhì)量問題引起的，而是設(shè)計的不合理。因此，設(shè)計初期，就應(yīng)對工作載荷進(jìn)行計算，可以通過合理的緊固點(diǎn)布置和螺栓結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計優(yōu)化，并施加足夠的夾緊力，使螺栓在工作中，應(yīng)力幅控制在設(shè)計的范圍內(nèi)，必將大幅地降低螺栓疲勞失效的概率，從而為客戶提供高品質(zhì)的產(chǎn)品。

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，目前對塑性變形下的螺紋受力特性研究甚少，從而根本上嚴(yán)重制約了螺栓高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)或超高強(qiáng)度方向的應(yīng)用與發(fā)展。

如30CrMnSiA鋼螺栓最低屈服強(qiáng)度975Mpa，抗拉強(qiáng)度1080Mpa。通過對螺紋三維有限元分析表明，從計算結(jié)果來看，配合螺紋最大應(yīng)力為946Mpa，位于外螺紋的最后一螺紋處。

通過高強(qiáng)度螺栓螺紋最大應(yīng)力曲線圖讀取螺紋的塑性變形值，其外螺紋第1牙螺紋塑性變形最大；外螺紋中，從第7牙螺紋開始，應(yīng)力明顯降低?？梢钥闯?，在發(fā)生塑性變形下的配合螺紋中，由于前面螺紋牙型發(fā)生塑性變形，最大應(yīng)力不再是第1牙螺紋最大，而是轉(zhuǎn)移到第3牙螺紋和第4牙螺紋，這在最大應(yīng)力曲線圖中也能夠得到很明顯的體現(xiàn)，在螺紋根部存在高應(yīng)力區(qū)，其高應(yīng)力分布方向基本與牙側(cè)垂直。

用螺紋三維有限元設(shè)計，牙高優(yōu)化設(shè)計結(jié)果表明，在發(fā)生塑性變形下的螺紋配合，要獲得其螺紋根部最大應(yīng)力最小且前端3螺紋應(yīng)力水平相當(dāng)，則須使前端3螺紋牙高相等且牙高約為原牙高的2/3，才能在連接螺紋塑性變形不一致的情況下，使應(yīng)力與牙高對載荷分配之間達(dá)到等強(qiáng)度匹配。隨著牙高的增加，牙高最大應(yīng)力以及相互牙根應(yīng)力差也隨之增大。為此，設(shè)計時需以牙高為優(yōu)化對象，達(dá)到對螺紋等強(qiáng)度的目的，為塑性變形下配合螺紋的應(yīng)力分布特性及牙高等應(yīng)力優(yōu)化提供參考。

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