FE-modelling of a bolted lap connection using a simplified bolt model

• Autorzy: Grzejda R.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie MES zakładkowego połączenia śrubowego z zastosowaniem uproszczonego modelu śruby

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Modelling and calculations of a bolted lap connection are presented. Analysis of forces acting on the bolts based on the theoretical formulas and using the finite element method (FEM) is performed. In the case of theoretical calculations the recommendations given in the standard PN-EN 1993-1-8 are applied. For a case of numerical calculations a simplified model of the bolt is used. The obtained results of calculations are checked in terms of fulfilment of the adopted criterion for load capacity of the connection. Selected results of simulation studies of the bolted lap connection FEM-model in the form of a displacement map and a reduced stress map of the model under specified external load are pointed out. Based on the comparison of the theoretical and numerical analyses results, usefulness of the simplified bolt model for calculations of operational forces in the bolts in bolted lap connections is determined.

PL

Przedstawiono modelowanie i obliczenia zakładkowego połączenia śrubowego. Przeprowadzono analizę sił występujących w śrubach na podstawie wzorów teoretycznych oraz za pomocą metody elementów skończonych (MES). W obliczeniach teoretycznych zastosowano zalecenia podane w normie PN-EN 1993-1-8. W obliczeniach numerycznych wykorzystano uproszczony model śruby. Otrzymane wyniki sprawdzono pod kątem spełnienia przyjętego kryterium nośności połączenia. Przedstawiono wybrane wyniki badań numerycznych modelu połączenia w postaci mapy przemieszczeń i mapy naprężeń zredukowanych modelu wywołanych zadanym obciążeniem zewnętrznym. Na podstawie porównania wyników obliczeń teoretycznych oraz wyników obliczeń numerycznych określono przydatność uproszczonego modelu śruby do obliczeń sił roboczych w śrubach w połączeniach zakładkowych.

Słowa kluczowe

EN

bolted lap connection; FE-modelling; Eurocode 3

PL

zakładkowe połączenie śrubowe; modelowanie MES; Eurokod 3

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej. Oddział Gliwice
• Czasopismo: Modelowanie Inżynierskie
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 31, nr 62
• Strony: 24--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz.

Twórcy

autor

Grzejda R.

• Katedra Mechaniki i PKM, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Bibliografia

• 1. Alibrahemy M., Durif S., Bressolette P., Bouchair A.: Finite element analysis of cover plate joint under ultimate loading. „Procedia Engineering” 2016, Vol. 156, p. 16-23.
• 2. Biegus A.: Obliczanie nośności śrub według PN-EN 1993-1-8. „Inżynieria i Budownictwo” 2008, nr 3, s. 113-118.
• 3. Chung K.F., Ip K.H.: Finite element investigation on the structural behaviour of cold-formed steel bolted connections. „Engineering Structures” 2001, Vol. 23, No. 9, p. 1115-1125.
• 4. Draganić H., Dokšanović T., Markulak D.: Investigation of bearing failure in steel single bolt lap connections. „Journal of Constructional Steel Research” 2014, Vol. 98, p. 59-72.
• 5. Grzejda R.: Modelling nonlinear multi-bolted connections: A case of the assembly condition. In: Proc. of the 15th International Scientific Conference „Engineering for Rural Development 2016“, Jelgava: Latvia University of Agriculture, 2016, p. 329-335.
• 6. Grzejda R.: Modelling nonlinear multi-bolted connections: A case of the operational condition. In: Proc. of the 15th International Scientific Conference „Engineering for Rural Development 2016“, Jelgava: Latvia University of Agriculture, 2016, p. 336-341.
• 7. Grzejda R.: Modelling nonlinear preloaded multi-bolted systems on the operational state. „Engineering Transactions” 2016, Vol. 64, No. 4, p. 525-531.
• 8. Grzejda R.: New method of modelling nonlinear multi-bolted systems. In: Advances in Mechanics: Theoretical, Computational and Interdisciplinary Issues, Proc. of the 3rd Polish Congress of Mechanics (PCM) and 21st International Conference on Computer Methods in Mechanics (CMM), Leiden: CRC Press/Balkema, 2016, p. 213-216.
• 9. Ju S.-H., Fan C.-Y., Wu G.H.: Three-dimensional finite elements of steel bolted connections. „Engineering Structures” 2004, Vol. 26, No. 3, p. 403-413.
• 10. Kim T.S., Kuwamura H.: Finite element modeling of bolted connections in thin-walled stainless steel plates under static shear. „Thin-Walled Structures” 2007, Vol. 45, No. 4, p. 407-421.
• 11. Kozłowski A., Pisarek Z., Wierzbicki S.: Projektowanie zakładkowych połączeń śrubowych według PN-EN 1993-1-1 i PN-EN 1993-1-8. „Inżynieria i Budownictwo” 2008, nr 9, s. 496-500.
• 12. Može P., Beg D.: A complete study of bearing stress in single bolt connections. „Journal of Constructional Steel Research” 2014, Vol. 95, p. 126-140.
• 13. Naruse T., Kawasaki T., Hattori T.: Simple modelling and strength evaluation methods for bolt joints using shell elements and beam elements (1st Report, Modelling method). „Journal of Computational Science and Technology” 2009, Vol. 3, No. 1, p. 22-33.
• 14. Nycz D.B.: Modelowanie końcówek odcinka bariery SP-05/2 do zastosowania w symulacji testów zderzeniowych. „Modelowanie Inżynierskie” 2016, nr 60, s. 44-51.
• 15. Nycz D.B.: Modelowanie złączy śrubowych segmentów prowadnicy typu B bariery drogowej SP-05/2. „Modelowanie Inżynierskie” 2016, nr 58, s. 105-112.
• 16. Palenica P., Powałka B., Grzejda R.: Assessment of modal parameters of a building structure model. „Springer Proceedings in Mathematics & Statistics” 2016, Vol. 181, p. 319-325.
• 17. PN-EN 1993-1-1:2006. Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-1: Reguły ogólne i reguły dla budynków.
• 18. PN-EN 1993-1-8:2006. Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych, Część 1-8: Projektowanie węzłów.
• 19. Puchała K., Szymczyk E., Jachimowicz J.: FEM design of composite – metal joint for bearing failure analysis. „Przegląd Mechaniczny” 2015, nr 2, s. 33-41.
• 20. Raju K.P., Bodjona K., Lim G.-H., Lessard L.: Improving load sharing in hybrid boned/bolted composite joints using an interference-fit bolt. „Composite Structures” 2016, Vol. 149, p. 329-338.
• 21. Reid J.D., Hiser N.R.: Detailed modeling of bolted joints with slippage. „Finite Elements in Analysis and Design” 2005, Vol. 41, No. 6, p. 547-562.
• 22. Salih E.L., Gardner L., Nethercot D.A.: Numerical investigation of net section failure in stainless steel bolted connections. „Journal of Constructional Steel Research” 2010, Vol. 66, No. 12, p. 1455-1466.
• 23. Salih E.L., Gardner L., Nethercot D.A.: Numerical study of stainless steel gusset plate connections. „Engineering Structures” 2013, Vol. 49, p. 448-464.
• 24. Tajeuna T.A.D., Légeron F., Labossière P., Demers M., Langlois S.: Effect of geometrical parameters of aluminum-to-steel bolted connections. „Engineering Structures” 2015, Vol. 102, p. 344-357.
• 25. Wang Z., Zhou S., Zhang J., Wu X., Zhou L.: Progressive failure analysis of bolted single-lap composite joint based on extended finite element method. „Materials & Design” 2012, Vol. 37, p. 582-588.