Determination of bolt forces for the assembly condition of a bolted flange connection

• Autorzy: Grzejda R.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie sił w śrubach kołnierzowego połączenia śrubowego w stanie montażowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In the paper modelling and calculations of an asymmetrical bolted flange connection at the assembly stage are presented. The physical model of the joint is based on a flexible flange element that is connected with a rigid support by means of hybrid elements, which substitute bolts. Between the flange element and the support, the nonlinear Winkler model of a contact layer is taken into consideration. A computational model of the system is proposed, which makes it possible to analyze how the tightening sequence affects the preload distribution both during the bolted flange connection's assembly and after it has been completed. Results obtained from the calculations are compared with experimental research described in [6].

PL

W artykule przedstawiono modelowanie i obliczenia asymetrycznego, kołnierzowego połączenia śrubowego na etapie napinania wstępnego. Fizyczny model połączenia utworzono jako złącze odkształcalnego elementu kołnierzowego i nieodkształcalnej ostoi z elementami hybrydowymi, zastępującymi śruby. Pomiędzy element kołnierzowy a ostoję wprowadzono nieliniowy model warstwy stykowej typu winklerowskiego. Zaproponowano model obliczeniowy układu, dzięki któremu możliwe jest analizowanie wpływu kolejności napinania śrub na rozkład sił w śrubach w trakcie montażu połączenia i po jego zakończeniu. Wyniki obliczeń porównano z wynikami badań doświadczalnych [5].

Słowa kluczowe

EN

bolted flange connection; assembly condition; preload

PL

kołnierzowe połączenie śrubowe; stan montażowy; napięcie wstępne

• Wydawca: Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej
• Czasopismo: Archives of Mechanical Technology and Automation
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 33, no. 2
• Strony: 3--12
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., fig.

Twórcy

autor

Grzejda R.

• Faculty of Mechanical Engineering and Mechatronics, West Pomeranian University of Technology, Szczecin.

Bibliografia

• [1] Adams V., Askenazi Α., Building better products with Finite Element Analysis, Santa Fe, On Word Press 1999.
• [2] Bartonicek J., Roos E., Kockelmann H., Schoeckle F., What is the meaning of tight?, in: Analysis of bolted joints. Proc. of the 2003 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Cleveland, Ohio, ASME 2003, p. 1-7.
• [3] Feldmann M., Naumes J., Pak D., Zum Last-Verformungsverhalten von Schrauben in vor-gespannten Ringflanschverbindungen mit überbrückten Klaffungen im Hinblick auf die Er-müdungsvorhersage, Stahlbau, 2011, vol. 80, no. 1, p. 21-29.
• [4] Grudziński P., Determination of joint diagrams for a foundation bolted joint with the bolt anchored in a polymer plastic. Part 1 : Joint diagram for the assembly state, Archives of Me¬chanical Technology and Automation, 2012, vol. 32, no. 3, p. 35^47.
• [5] Grzejda R., Modelowanie i obliczenia wielośrubowego połączenia elementu korpusowego na nieliniowym podłożu sprężystym, Doctor's thesis, Szczecin, West Pomeranian University of Technology 2009.
• [6] Grzejda R., Witek Α., Konowalski К., Doświadczalne badania niesymetrycznego połączenia wielośrubowego obciążonego mimośrodowo, Przegląd Mechaniczny, 2012, vol. 71, no. 1, p. 21-27.
• [7] Ivančo V., Nonlinear finite element analysis, Wismar, University of Applied Sciences - Technology, Business and Design 2006.
• [8] Jakubowski Α., Schmidt Η., Ermüdungssichere Bemessung vorgespannter Ringflanschstöße unter Berücksichtigung von Flanschimperfektionen, Stahlbau, 2005, vol. 74, no. 6, p. 452-461.
• [9] Kumakura S., Saito К., Tightening sequence for bolted flange joint assembly, in: Analysis of bolted joints. Proc. of the 2003 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Cleveland, Ohio, ASME 2003, p. 9-16.
• [10] Magnucki K., Sekulski Z., Effective design of a bolted flange joint with a flat ring gasket, The Archive of Mechanical Engineering, 2005, vol. 52, no. 3, p. 267-281.
• [11] Magnucki K., Sekulski Z., Naprężenia w elementach połączenia kołnierzowego śrubowego w stanie eksploatacyjnym, Scientific Problems of Machines Operation and Maintenance, 1999, vol. 34, no. 3, p. 499-511.
• [12] Mathan G., Siva Prasad N., Studies on gasked flange joint under bendig with anisotropic Hill plasticity model for gasket, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2011, vol. 88, no. 11-12, p. 495-500.
• [13] PN-EN 1591-1: 2002 Flanges and their joints, Design rules for gasketed circular flange con-nections, Part 1: Calculation method (orig.).
• [14] Sawa T., Matsumoto M., Nagata S., Effects of scatter in bolt preload of pipe flange connections with gaskets on sealing performance, in: Analysis of bolted joints. Proc. of the 2003 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Cleveland, Ohio, ASME 2003, p. 65-75.
• [15] Takaki T., Fukuoka T., Methodical guideline for bolt-up operation of pipe flange connections (A case using sheet gasket and spiral wound gasket), in: Analysis of bolted joints. Proc. of the 2003 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, Cleveland, Ohio, ASME 2003, p. 23-30.
• [16] VDI 2230 Systematische Berechnung hochbeanspruchter Schraubenverbindungen, 1986.
• [17] Witek Α., Grzejda R., Analiza procesu wprowadzania napięcia wstępnego w niesymetrycznym, nieliniowym połączeniu wielośrubowym, Archiwum Technologii Maszyn i Automatyzacji, 2006, vol. 26, no. 2, p. 271-280.
• [18] Witek Α., Grzejda R., Obliczenia obciążenia śrub podczas montażu niesymetrycznego połączenia wielośrubowego, in: Proc. of the XXII Symposium Fundamentals of Machine Design, vol. 4, Gdynia, Gdynia Maritime University 2005, p. 391-398.
• [19] Zerres H., Guérout Y., Present calculation methods dedicated to bolted flanged connections, International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2004, vol. 81, no. 2, p. 211-216.