Non-linearity of the contact layer between elements joined in a multi-bolted connection and the preload of the bolts

• Autorzy: Grzejda R.

Identyfikatory

DOI

10.19206/CE-2016-201

Warianty tytułu

PL

Nieliniowość warstwy stykowej między elementami łączonymi w połączeniu wielośrubowym a napięcie wstępne śrub

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The paper presents modeling and calculations of multi-bolted connections at the assembly stage on an example of the engine cylinder head-block connection. The physical model of the connection was introduced as a combination of three subsystems: the set of bolts, the joined element and the contact layer between the joined element and the rigid support. The finite element method (FEM) was used for the modeling. Bolts were replaced with hybrid elements. The joined element was modeled with spatial finite elements. The Winkler model of the contact layer has been taken into consideration. The truth of the theorem has been examined, according to which non-linearity of the contact layer has a negligible impact on the final values of the bolt forces in the case of sequential preloading of the multi-bolted connection. The results of the calculations of a selected multi-bolted connection have been compared with the experimental results.

PL

Przedstawiono modelowanie i obliczenia połączeń wielośrubowych na etapie montażu, na przykładzie połączenia głowicy z blokiem silnika. Wprowadzono model fizyczny połączenia zbudowany z trzech podukładów: zbioru śrub, elementu łączonego i warstwy stykowej między elementem łączonym a nieodkształcalną ostoją. Do modelowania wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Śruby zastąpiono elementami hybrydowymi. Element łączony zamodelowano za pomocą przestrzennych elementów skończonych. Warstwę stykową potraktowano jako ciało Winklera. Zbadano prawdziwość tezy, według której nieliniowość warstwy stykowej ma znikomy wpływ na końcowe wartości sił w śrubach w przypadku połączenia wielośrubowego napinanego wstępnie kolejno dokręcanymi śrubami. Wyniki obliczeń wybranego połączenia wielośrubowego porównano z wynikami badań doświadczalnych.

Słowa kluczowe

EN

multi-bolted connection; engine cylinder head; engine block; assembly

PL

połączenie wielośrubowe; głowica; blok silnika; montaż

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Naukowe Silników Spalinowych
• Czasopismo: Combustion Engines
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 55, nr 2
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., il.

Twórcy

autor

Grzejda R.

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

Bibliografia

• [1] Adams V., Askenazi A. Building better products with Finite Element Analysis, Santa Fe, OnWord Press 1999.
• [2] Chang C.-C., Wang Q.G. Modeling of bolt joint behavior of cast aluminum alloy (A380-T5) by coupling creep and plasticity in finite element analysis, Metallurgical and Materials Transactions B, 38(4), 2007, 607-613.
• [3] Cho S.-S. et al. Assessment of an engine cylinder head-block joint using finite element analysis, International Journal of Automotive Technology, 11(1), 2010, 75-80.
• [4] Chyuan S.-W. Finite element simulation of a twin-cam 16--valve cylinder structure, Finite Elements in Analysis and Design, 35(3), 2000, 199-212.
• [5] Fontanesi S., Giacopini M. Multiphase CFD–CHT optimization of the cooling jacket and FEM analysis of the engine head of a V6 diesel engine, Applied Thermal Engineering, 52(2), 2013, 293-303.
• [6] Griza S. et al. Fatigue in engine connecting rod bolt due to forming laps, Engineering Failure Analysis, 16(5), 2009, 1542--1548.
• [7] Grzejda R. Determination of bolt forces for the assembly condition of a bolted flange connection, Archives of Mechanical Technology and Automation, 33 (2), 2013, 3-12.
• [8] Grzejda R. FE-modeling of bolts in the flange joint assembling phase condition (in Polish), Mechanik, 87(8-9), 2014, 672-675.
• [9] Grzejda R. et al. Experimental investigations of an asymmetrical bolted connection loaded by an eccentric force (in Polish), Przegląd Mechaniczny, 71(1), 2012, 21-27.
• [10] Kamiński T., Filipek P. Fiber optic, interferometric pressure sensor as source of information about an combustion process of internal combustion engine with spark ignition (in Polish), Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 2, 2003, 31-33.
• [11] Kukla S., Szewczyk M. Free vibration of annular plates of stepped thickness resting on Winkler elastic foundation, Scientific Research of the Institute of Mathematics and Computer Science, 6(1), 2007, 109-116.
• [12] Lee C.-C. et al. Design and analysis of gasket sealing of cylinder head under engine operation conditions, Finite Elements in Analysis and Design, 41(11-12), 2005, 1160-1174.
• [13] Monieta J. Diagnostics of work process course in cylinders of marine reciprocating internal combustion engines using vibration signal, Combustion Engines, 3, 2013, 161-167.
• [14] Over H.-H. et al. Web-enabled database for gasket parameters, Analysis of bolted joints, Proc. of the 2003 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, ASME, Cleveland, 2003, 97--109.
• [15] Schaaf M., Bartonicek J. Calculation of bolted flange connections of floating and metal-to-metal contact type, Analysis of bolted joints, Proc. of the 2003 ASME Pressure Vessels and Piping Conference, ASME, Cleveland, 2003, 59-64.
• [16] Sroka Z.J. Durability of engine components due to alternative fuels, Eksploatacja i Niezawodność – Maintenance and Reliability, 4, 2007, 9-15.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.