Исследование усталостной долговечности болтовых соединений авиационных конструкций при численном моделировании в программном комплексе ANSYS Workbench
Авторы: Люминарский С.Е., Алексеев А.Д.
Опубликовано в выпуске: #4(172)/2026
Раздел: Механика | Рубрика: Механика деформируемого твердого тела
Представлено численное моделирование болтовых соединений авиационных конструкций для оценки их усталостной долговечности при комбинированном блок-программном нагружении. Одна из основных задач при построении математических моделей — рациональное упрощение геометрии деталей без заметного ухудшения точности расчетов. Для болтовых соединений это особенно актуально, так как моделирование резьбы на каждом болте является трудоемким процессом, для которого требуется большой объем оперативной памяти. В качестве методики предложено конечно-элементное моделирование болтового соединения в ANSYS Workbench с упрощенным представлением резьбы. Исследовано пять разных вариантов моделирования, различающихся геометрией и типом контакта, а также проведено сравнение полученных результатов с эталонной моделью, воспроизводящей полноценную резьбу. Установлена расчетная модель болтового соединения, которая позволяет получить наиболее оптимальную оценку расчетного значения долговечности. Предложенная модель имеет наименьшее значение долговечности, что обеспечивает дополнительный запас прочности при проектировании.
EDN RAEYOO
Литература
[1] Когаев В.П., Махутов Н.А., Гусенков А.П. Расчеты деталей машин и конструкций на прочность и долговечность. Москва, Машиностроение, 1985, 223 с.
[2] Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчеты на прочность деталей машин. Москва, Машиностроение, 1975, 488 с.
[3] Juvinall R.C., Marshek K.M. Fundamentals of Machine Component Design. Wiley, 2017.
[4] Гучинский Р.В. Расчет усилия контролируемой затяжки в групповом болтовом соединении. Вестник Брянского государственного технического университета, 2020, № 6, c. 12–21.
[5] Каратушин С.И., Храмова Д.А., Бокучава П.Н. Моделирование напряженно-деформированного состояния болтовых соединений в среде ANSYS. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2018, № 8, с. 11–18. DOI: 10.18698/0536-1044-2018-8-11-18
[6] Еремин В.П., Больших А.А. Глобально-локальное моделирование односрезных болтовых соединений типа композит — металл и композит — композит в конструктивных силовых элементах самолета. Инженерный журнал: наука и инновации, 2020, вып. 5. DOI: 10.18698/2308-6033-2020-5-1981 URL: https://engjournal.bmstu.ru/catalog/arse/dcpa/1981.html
[7] Стрижиус В.Е. Методы расчета усталостной долговечности элементов авиаконструкций: справочное пособие. Москва, Машиностроение, 2012, 272 с.
[8] Zhao P., Liu J., Gong H., Xue F. Study on tightening, anti-loosening, and fatigue resistance performances of bolted joints with different anti-loosening washers and nuts. Applied Sciences, vol. 13, no. 24, p. 13253, Dec. 2023. DOI: 10.3390/app132413253
[9] Pyskunov S.O., et al. Analysis of the stress state of the bolted connection taking into account the bolt tension. Strength of Materials and Theory of Structures, 2024, no. 113, pp. 37–44.
[10] Sun W., et al. Modeling of preload bolted flange connection structure for loosening analysis and detection. Shock and Vibration, 2022, vol. 2022, pp. 1–25. DOI: 10.1155/2022/8812012
[11] Sun G., Belyaeva Z.V., Mironova L.I. Calculation of stress concentration factor in bolts of beam-column connections. Bulletin of Civil Engineering, 2024, no. 6 (107), pp. 61–67. DOI: 10.23968/1999-5571-2024-21-6-61-67
[12] Correia J.A.F.D.O., Pedrosa B.A.S., Raposo P.C., De Jesus A.M.P., dos Santos Gervásio H.M., Lesiuk G.S., et al. Fatigue strength evaluation of resin-injected bolts connections using statistical analysis. Engineering, 2017, vol. 3, iss. 6, pp. 795–805.
[13] Воробьев А.З., Олькин Б.И., Стебенев В.Н. и др. Сопротивление усталости элементов конструкций. Москва, Машиностроение, 1990, 240 с.