（1）拉伸與扭轉應力分析

在拉伸應力作用下，螺栓內任意一點上的拉應力σ1都是軸向的，壓縮應力σ3則與軸向拉伸應力垂直，最大剪切力τmax與軸向成45°，見圖10-1(a)。

當螺栓為桿徑小于螺紋底徑的彈性螺栓或螺紋底徑小于桿徑的常用螺栓時，彈性螺栓細桿徑處和常用螺栓的螺紋底徑為危險截面，危險截面上軸向拉伸應力最大。無缺陷螺栓的斷裂首先從危險截面靠近螺栓的心部發生，并向外表面擴展，斷裂前，塑性材料螺栓發生伸長和縮頸的變形較大；脆性材料螺栓的變形和收縮率很小。

安裝或服役中螺栓發生過載塑性斷裂時，由拉伸載荷產生的切應力在斷裂之前使螺栓發生很大的變形，最后發生頸縮斷裂，裂紋在頸縮截面心部沿最大切應力方向形核并擴展，與螺栓軸向約成45°。宏觀斷裂面上有明顯剪切唇，頸縮明顯。工程上以斷面收縮率表示材料的塑性，斷面收縮率越大塑性越好。

對脆性斷裂螺栓，單向拉伸過載而發生斷裂，斷面大體上垂直拉伸方向，伴有少量的永久變形斷裂，而斷面收縮率很小。

（2）塑性斷裂、脆性斷裂螺栓的扭轉應力分析

當螺栓受扭轉應力載荷時，螺栓各點均處于純剪應力狀態，螺栓危險截面的圓周上任意一點受到的扭轉應力最大，見圖10-1 (b)。

螺栓發生扭轉變形后斷裂時，受扭轉應力作用，在斷裂前切應力引起的塑性變形宏觀上不明顯，斷裂后斷口齊平。單一扭轉過載斷裂常發生在垂直軸心線的危險橫截面上，斷裂源在危險橫截面的表面，最終斷裂區在心部，如果扭轉時還受到彎曲應力，則最終斷裂區偏離心部。

圖10-1  螺栓在受純拉伸(a)、扭轉應力(b)及塑性、脆性

    斷裂承受過載時的斷裂特征示意圖

螺栓脆性斷裂時，危險截面的應力最大，斷裂源在危險截面的表面缺陷或內部缺陷處產生并擴展，斷口呈結晶狀，常常有沿晶二次裂紋。

在螺紋緊固連接中，外螺紋承受的力是拉伸應力（軸向力），被緊固部件承受的力是壓縮力，這兩個力互為反作用力。這兩力同外螺紋及內螺紋的緊固支撐面和螺紋與接觸面的摩擦阻力結合，做出有用功，使螺紋緊固不松動。無論是旋擰螺栓，還是旋擰螺母都能達到緊固的目的。