Релаксация напряжений в болтовых соединениях с радиальным натягом
Авторы: Букеткин Б.В., Семенов-Ежов И.Е., Ширшов А.А.
Опубликовано в выпуске: #10(94)/2019
DOI: 10.18698/2308-6033-2019-9-1928
Раздел: Механика | Рубрика: Динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры
В конструкциях современных самолетов для повышения ресурса планера используют болтовые соединения с радиальным натягом. В окрестности отверстия соединяемых элементов (пакета) из алюминиевых сплавов создается поле напряжений, превышающих предел текучести материала. У таких материалов при напряжениях, близких к пределу текучести, даже при температуре 20±3 °С возникают деформации ползучести, которые через несколько сотен часов достигают значений, соизмеримых с упругими деформациями. Вследствие этого заметно снижаются напряжения в соединении. Проведено исследование влияния процесса ползучести на перераспределение напряжений в пакете из алюминиевого сплава после запрессовки в него стального болта при использовании одной из технических теорий ползучести — теории течения. Рассмотрено однорядное болтовое соединение при различных значениях номинального радиального натяга. Расчеты выполнены численно методом конечных элементов с использованием пакета прикладных программ ANSYS Academic. Приведены графики изменения главных напряжений во времени (до 2400 ч), а также зависимости эквивалентных напряжений и контактного давления от номинального натяга (до 1,2 %).
Литература
[1] Mann J.Y., Machin A.S., Lupson W.F., Pell R.A. The use of interference-fit bolts or bushes and hole cold expansion for increasing the fatigue life of thick-section aluminium alloy bolted joints. Aeronautical Research Labs Melbourne (Australia), 1983, no. Arl/Structures Note-490.
[2] Buhr K., Haydn W., Bacher-Hoechst M., Wuttke U., Berger Ch. Finite-element-based methods for the fatigue design of bolts and bolted joints. SAE International Journal of Materials and Manufacturing, 2009, vol. 2, no. 1, pp. 75–84.
[3] Ceмeнoв-Eжoв И.E., Ширшов А.А. Расчет по усталостной прочности при неодноосном напряженном состоянии. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2015, № 7, с. 29–33.
[4] Работнов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. 2-е изд. Москва, Наука, 2014, 752 с.
[5] Сeмeнoв-Eжoв И.E., Ширшов А.А. Bлияниe пoлзучecти нa мoдeлиpoвaниe кoнтaктныx зaдaч пoляpизaциoннo-oптичecким мeтодом. Tpуды MBTУ. Динaмикa и пpoчнocть мaшин № 332. Москва, МВТУ им. Н.Э. Баумана, 1980, с. 138–145.
[6] Bouzid A., Chaaban A. An accurate method of evaluating relaxation in bolted flanged connection. Journal of Pressure Vessel Technology, 1997, vol. 119, no. 1, pp. 10–17.
[7] Nechache A., Bouzid A.H. Creep analysis of bolted flange joints. International Journal of Pressure Vessels and Piping, 2007, vol. 84, no. 3, pp. 185–194.
[8] Bouzid A.H., Nechache A. Creep modeling in bolted flange joint. ASME/JSME 2004 Pressure Vessels and Piping Conference. American Society of Mechanical Engineers Digital Collection, 2008, pp. 49–56.
[9] Chen Y., Xu Y.Y., Huang L.Y., Xu Y.H., Guan K. Creep behavior of metal-to-metal contact bolted flanged joint. Procedia Engineering, 2015, vol. 130, pp. 214–220.
[10] Yang J., DeWolf J.T. Mathematical model for relaxation in high-strength bolted connections. Journal of Structural Engineering, 1999, vol. 125, no. 8, pp. 803–809.
[11] Гаффанов Р.Ф. Оценка работоспособности соединения составной нефтяной задвижки методом конечных элементов. Интеллектуальные системы в производстве. Научно-практический журнал, 2008, № 2 (12), с. 148–153.
[12] Морозов А.В., Федотов Г.Д., Абрамов А.Е. Повышение нагрузочной способности соединений с натягом типа «Втулка — корпус» объемным электромеханическим дорнованием. Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии, 2014, № 3 (27), с. 125–133.
[13] Буланов В.Б., Букеткин Б.В., Ceмeнoв-Eжoв И.E., Ширшов А.А. Кратковременная ползучесть сплава Д16АТ при комнатной температуре. Заводская лаборатория. Диагностика материалов, 2014, т. 80, № 6, с. 59–62.
[14] Чигарев А.В., Кравчук А.С., Смалюк А.Ф. ANSYS для инженеров. Москва, Машиностроение-1, 2004, 524 с.
[15] ANSYS Academic Research, Release 17.0, Help System. Mechanical APDL Guide, ANSYS, Inc.
[16] Дунаев В.В., Ceмeнoв-Eжoв И.E., Ширшов А.А. Концентрация напряжений в болтовом соединении с натягом при сборке болтов и их затяжке. Вестник машиностроения, 2001, № 12, с. 21–24.