Analysis of bolt joint using the finite element method

• Autorzy: Żyliński B. , Buczkowski R.

Warianty tytułu

PL

Analiza połączenia kołnierzowego metodą elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A numerical analysis of the initially clamped bolt joint subject to the working pressure is presented in the paper. Special, hexahedral 21- and 28-node isoparametric finite elements have been employed to model the contact zone. In this model, one takes into account loading due to the working pressure in the gap between the gasket and the flange arising as an effect of the progressing joint opening, what has not been considered in recent papers. Nonlinear stiffness characteristics of the bolt and the flange with the gasket are developed. Working pressure corresponding to the critical bolt force resulting in the joint leakage (complete opening between the gasket and the flange) is determined. FE computational results are compared with the available experimental results. The numerical results are presented using the authors' own graphical postprocessor.

PL

W pracy przedstawiono numeryczną analizę połączenia kołnierzowego z uszczelką obciążonego zaciskiem wstępnym i ciśnieniem roboczym. W strefie kontaktu pomiędzy uszczelką a kołnierzem zastosowano specjalne przestrzenne 21- i 28-węzłowe izoparametryczne elementy skończone. W modelu obliczeniowym uwzględniono również obciążenie od ciśnienia roboczego panującego w szczelinie pomiędzy uszczelką a kołnierzem w wyniku postępującego otwarcia połączenia, co jest pewną nowością w porównaniu do najnowszych prac opublikowanych z tej tematyki. Sporządzono nieliniowe charakterystyki sztywnościowe śruby i kołnierza z uszczelką. Określono wartość ciśnienia roboczego odpowiadającego sile krytycznej w śrubie powodującego przeciek w połączeniu (całkowite otwarcie pomiędzy uszczelką a kołnierzem). Wyniki obliczeniowe MES porównano z dostępnymi wynikami doświadczalnymi. Wyniki numeryczne zilustrowano przy pomocy własnego postprocesora graficznego.

Słowa kluczowe

EN

bolt joint; special finite elements; stiffness characteristics

PL

połączenie kołnierzowe; specjalne elementy skończone; charakterystyka sztywnościowa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2010
• Tom: Vol. LVII, nr 3
• Strony: 275--292
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., rys.

Twórcy

autor

Żyliński B.

autor

Buczkowski R.

• Maritime University of Szczecin, Division of Computer Methods, H. Poboznego 11, 70-507 Szczecin, Poland,

Bibliografia

• [1] Wiegand H., Kloos K.-H., Thomala W.: Schraubenverbindungen, 5.Auflage, Springer, 2007.
• [2] Collins J.A.: Mechanical Design of Machine Elements and Machines, Wiley, 2003.
• [3] Krukowski A., Tutaj J.: Połączenia odkształceniowe, PWN, Warszawa, 1987.
• [4] Osgood C.C.: Fatigue Design, Wiley, 1970.
• [5] Shigley J.E., Mischke C.R.: Mechanical Engineering Design, 5th ed., McGraw-Hill, 1988.
• [6] Motosh I.N.: Determination of joint stiffness in bolted connections, J. of Engineering for Industry, Trans, of the ASME, 98, 858-861, 1976.
• [7] Junker G.: Systematic computation of highly stressed bolted joints, VDI-Richtlinie 2230, 1972 (in German).
• [8] Bickford J.H.: Introduction to the Design and Behavior of Bolted Joints, Marcel Dekker, 1981.
• [9] Zahavi E.: A finite element analysis of flange connections', Journal of Pressure Vessel Technology, Trans, of the ASME, 115, 327-330, 1993.
• [10] Zahavi E.: The Finite Element Method in Machine Design, Prentice-Hall, 1992.
• [11] Zahavi E., Barlam D.: Nonlinear Problems in Machine Design, CRC Press, 2001.
• [12] Sawa T., Higurashi N., Akagawa H.: A stress analysis of pipe flange connections', International Journal of Pressure Vessel Technology, Trans. of the ASME, 113, 497-503, 1991.
• [13] Buczkowski R.: '21-noded hexahedral isoparametric element for analysis of contact problems', Communications in Numerical Methods in Engineering, 14, 681-692 (1998).
• [14] Buczkowski R., Gabbert U.: '28-noded hexahedral isoparametric element for analysis of contact problems', Communications in Numerical Methods in Engineering, 20, 147-161, 2004.