Моделирование напряженно-деформированного состояния болтовых соединений в среде ANSYS

Рассмотрено моделирование напряженно-деформированного состояния болтовых соединений с использованием программного комплекса ANSYS Workbench. Для расчета выбрано болтовое соединение двух фланцев с прокладкой, нагруженных отрывающим усилием. Внешняя нагрузка к фланцам прикладывалась как к внешней, так и к внутренней поверхности. Компьютерная программа обеспечила возможность учесть влияние прокладки (с отличным от фланцев модулем упругости) на коэффициент внешней нагрузки и вычислить его. На примере расчета фундаментных болтов планетарных редукторов, нагруженных опрокидывающим моментом, исследовано их напряженно-деформированное состояние. Программа ANSYS позволила учесть все нагрузки на болты: отрывающее усилие и силу сдвига, обусловленную высотой расположения осей валов. В итоге получена полная картина напряженно-деформированного состояния каждого болта, включая концентраторы напряжений. Напряженное состояние болтов — неоднородное вследствие наличия изгибающих моментов. Компьютерное моделирование с заложенным в нем методом конечных элементов дает существенно больше информации о напряженно-деформированном состоянии болтовых соединений, нагруженных по различным схемам, без принятия каких-либо допущений.

Литература

[1] Matharu N.S., Mottram J.T. Plain and threaded bearing strength for the design of bolted connections with pultruded FRP material. Engineering Structures, 2017, vol. 152, pp. 878–887.

[2] Correia J.A.F.D.O., Pedrosa B.A.S., Raposo P.C., De Jesus A.M.P., dos Santos Gervásio H.M., Lesiuk G.S., da Silva Rebelo C.A., Calçada R.A.B., da Silva L.A.P.S. Fatigue strength evaluation of resin-injected bolts connections using statistical analysis. Engineering, 2017, vol. 3, is. 6, pp. 795–805.

[3] Paolo Z., Curtarello A., Maiorana E., Pellegrino C. Numerical analyses of corroded bolted connections. Procedia Structural Integrity, 2017, vol. 5, pp. 592–599.

[4] Nazarko P., Ziemianski L. Force identification in bolts of flange connections for structural health monitoring and failure prevention. Procedia Structural Integrity, 2017, vol. 5, pp. 460–467.

[5] Woo S.-P., Kim S.-H., Yoon S.-J., Choi W. Effect of Bolt-Hole Clearance on Bolted Connection Behavior for Pultruded Fiber-Reinforced Polymer Structural Plastic Members. International Journal of Polymer Science, 2017, vol. 2017, article no. 8745405.

[6] Васильев Н.С., Заярный С.Л. Модель фрикционного болтового соединения, с учетом податливости стыка. Инновационная наука, 2016, № 6, с. 42–44.

[7] Иванов А.С., Муркин С.В. Расчет и проектирование резьбовых соединений приводов. Вестник машиностроения, 2016, № 5, с. 3–10.

[8] Семенов К.О., Пикус Г.А., Байбурин А.Х. Начальные деформации болтовых соединений металлоконструкций. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура, 2016, № 2, с. 18–21.

[9] Иванов А.С., Муркин С.В. Расчет и проектирование резьбовых соединений приводов. Москва, Инновационное машиностроение, 2015. 108 с.

[10] Жернаков В.С., Мардимасова Т.Н., Арсланов М.Р., Акбашев В.Р. Исследование влияния резьбовых вставок на напряженно-деформированное состояние резьбового соединения. Вестник УГАТУ, 2017, vol. 21, no. 4, pp. 18–24.

[11] Molnár L., Váradi K., Holubán J., Tamási A. Stress Analysis of Bolted Joints Part II. Contact and Slip Analysis of a Four Bolt Joint. Modern Mechanical Engineering, 2014, no. 4, pp. 46–55.

[12] Molnár L., Váradi K., Liktor B. Stress Analysis of Bolted Joints Part I. Numerical Dimensioning Method. Modern Mechanical Engineering, 2014, no. 4, pp. 46–55.

[13] Евдокимов Н.Н., Степченко А.С., Трубаев А.И. Моделирование напряженно-деформированного состояния болтового соединения рабочего колеса гидротурбины на основе 3D-модели. Вестник НТУ «ХПИ», 2009, № 42, с. 45–53.

[14] Жилин Р.А., Нилов В.А., Рукин Ю.Б., Демидов А.В., Коновалюк С.Н., Трухачев А.И. Анализ работоспособности затянутого соединения деталей наклонно-поворотного механизма. Вестник ВГТУ, 2014, т. 10, № 5-1, с. 41–45.

[15] Bocko J., Čarák P., Čajka M. Analysis of Stress and Deformation States in Bolted Joints with Prestress. American Journal of Mechanical Engineering, 2016, no. 4(7), pp. 241–246, doi: 10.12691/ajme-4-7-2.

[16] Liu J.H., Ouyang H.J., Ma L.J., Zhang C.Q., Zhu M.H. Numerical and theoretical studies of bolted joints under harmonic shear displacement. Latin American Journal of Solids and Structures, 2015, no. 12(1), pp. 115–132.