تخمين عمر خستگي پيچ هاي فلنج اتصالي در يك پوسته استوانه اي تقويت شده

Fatigue life estimation of bolts in flanges of a reinforced cylindrical shell

با توجه به كاربرد گسترده اتصالات پيچي در صنايع، تخمين عمر خستگي پيچ ها امري مهم است. در پژوهش حاضر هدف تخمين عمر خستگي پيچ هاي اتصال دو فلنج در يك پوسته استوانه اي تقويت شده همراه با گشودگي است. براي تخمين عمر پيچ مذكور به دو دسته اطلاعات نياز مي باشد: خواص خستگي پيچ و مقدار تنش وارد شده به آن تحت بارهاي اعمالي به سازه. لذا دو مسير پيموده شده است. ابتدا خواص خستگي پيچ مورد نظر مطابق استاندارد ايزو 3800 در آزمايشگاه اندازه گيري شده است. بدين منظور قيد و بند خاصي طراحي و ساخته شده است كه قابليت انجام آزمايش روي پيچ هاي مختلف را فراهم مي‌سازد. با انجام آزمايش هاي خستگي، خواص خستگي پيچ مورد نظر از جمله حد خستگي پيچ ها و ثوابت معادله ي باسكويين (ضريب مقاومت خستگي و نماي مقاومت خستگي) اندازه گيري شده است. همچنين محل و سطح شكست مورد بررسي قرار گرفته است. سپس در گام بعدي مقدار تنش وارد شده به پيچ مورد نظر كه تحت يك بارگذاري تركيبي قرار دارد، به كمك مدلسازي اجزا محدود محاسبه شده است. به دليل پيچيدگي‌هاي موجود در مسيله كه موجب بالا رفتن هزينه تحليل مسيله مذكور به صورت سه بعدي مي‌شود، از تكنيك زير مدلسازي پوسته به جامد استفاده شده است. در نهايت با بدست آوردن تنش اسمي پيچ از مدلسازي و استفاده از خواص خستگي بدست آمده از آزمايش‌ها، عمر پيچ مورد نظر تخمين زده شده است.

Bolt joints play an important role in the industries, so the estimation of fatigue life of bolts is an essential task. The aim of present study is estimation of fatigue life of connection bolts of two flanges in reinforced cylindrical shell with cutout. Two groups of data are needed for mentioned bolt: fatigue properties of bolt and value of stress of bolt due to applying load to structure. So, two paths have been gone. First, the fatigue properties of bolt have been measured in laboratory according to ISO 3800 standard. For this purpose a specific fixture was designed and manufactured which provided testing different bolts. By doing fatigue experiments, the fatigue properties of mentioned bolt such as fatigue limit and Basquin’s equation constants (fatigue strength coefficient and fatigue strength exponent) have been measured. Fracture mechanism and fracture surface have been investigated, too. Afterward, in the next step the value of stress in bolt that is subjected to mix loading has been calculated by using of FE modeling. Because of problem complexities, cost of three dimensional analysis of this problem increases, so analysis of the problem has been performed by shell-to-solid sub-modeling technique. At the end, by calculating the nominal stress of bolt from FE modeling and using fatigue properties witch obtained from experiments, life of the mentioned bolt has been estimated.