Аналіз міцності та розподіл зусиль у металевому з’єднанні при розтязі

Заголовок (англійською): 
. Strength analysis and force distribution in a tensile metal joint
Автор(и): 
Пискунов С.О.
Мицюк С.В.
Мицюк Д.В.
Реп’ях Ю.М.
Автор(и) (англ): 
Pyskunov S.O.
Mytsiuk S.V.
Mytsiuk D.V.
Repiakh Y.M.
Ключові слова (укр): 
напіваналітичний метод скінченних елементів, метод скінченних елементів, болтове з’єднання, контактні напруження, коефіцієнт концентрації напружень
Ключові слова (англ): 
semi-analytical finite element method, finite element method, bolted connection, contact stresses, stress concentration factor
Анотація (укр): 
Одним із методів з’єднання декількох елементів механічних конструкцій для формування вузла є болтове. На відміну від інших, зварювання або заклепкового цей вид з з’єднання має перевагу в тому, що його можна розібрати, завдяки цьому болтове з’єднання досить розповсюджене. В той же час, як і інші типи з’єднань являється важливим елементом конструкції, який потребує додаткової уваги при розрахунках. Найбільш частіше зустрічається розрахунок болтового з’єднання за допомогою аналітичних формул. З кожним днем вимоги до точності, швидкості та універсальності підходів виконання розрахунку будівельних конструкцій зростають. Крім того, при розрахунку вузлів примикань конструкцій один до одного потрібно приділяти особливу увагу, оскільки в залежності від умов роботи вузла, можливо, різне розподілення НДС, що в свою чергу впливає на геометричні характеристики та роботу конструкцій. У зв’язку з цим було проведено порівняння результатів розподілення НДС, зусиль в болті за допомогою методу скінченних елементів в з використанням універсальних чотирикутних СЕ оболонки, універсальних просторових восьмивузлових ізопараметричних СЕ, та за допомогою напіваналітичного методу скінченних елементів. Отримані результати розв’язання тестового прикладу з використанням універсальних чотирикутних СЕ оболонки та універсальних просторових восьмивузлових ізопараметричних СЕ дозволяє зробити висновок про незначну різницю розподілення напружень в просторовій постановці МСЕ та НМСЕ. Крім того на основі розрахунків МСЕ та НМСЕ і відповідно розрахунку по ДБН можна зробити висновок, щопри розрахунку згідно нормативів ДБН для визначення запасу міцності болта для простих задач можна використовувати аналітичний розрахунок.
Анотація (англ): 
One of the methods of connecting several elements of mechanical structures to form an assembly is bolting. Unlike other types of connections, such as welding or riveting, this type of connection has the advantage of being disassembled, which is why bolted connections are quite common. At the same time, like other types of connections, it is an important structural element that requires additional attention in calculations. The most common calculation of a bolted connection is using analytical formulas. Every day, the requirements for accuracy, speed and versatility of approaches to the calculation of building structures are increasing. In addition, special attention should be paid to the calculation of nodes where structures abut each other, since depending on the operating conditions of the node, different distribution of the NDP is possible, which in turn affects the geometr2ic characteristics and operation of structures. In this regard, we compared the results of the distribution of stresses and forces in the bolt using the finite element method with the use of universal quadrilateral shell FEs, universal spatial eight-node isoparametric FEs, and the semi-analytical finite element method. The obtained results of solving the test case using universal quadrilateral shell FEs and universal spatial eight-node isoparametric FEs allow us to conclude that there is a slight difference in the stress distribution in the spatial formulation of the FEM and SFEM. In addition, based on the FEM and NEM calculations and, accordingly, the calculation according to the DBN, it can be concluded that when calculating according to the DBN standards, an analytical calculation can be used to determine the safety margin of a bolt for simple tasks.
Публікатор: 
Київський національний університет будівництва і архітектури
Назва журналу, номер, рік випуску (укр): 
Опір матеріалів і теорія споруд, 2024, номер 112
Назва журналу, номер, рік випуску (англ): 
Strength of Materials and Theory of Structures, 2024, number 112
Мова статті: 
Українська
Формат документа: 
application/pdf
Документ: 
04-112_piskunov_s.o._micyuk_s.v._micyuk_d.v._repyah_yu.m.pdf
Дата публікації: 
24 Апрель 2024
Номер збірника: 
112
Університет автора: 
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського» 03056, м. Київ, Берестейський просп., 37; Київський національний університет будівництва і архітектури 03680, м. Київ, Україна. проспект Повітряних сил,
Литература: 
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
  1. Баженов В.А., Пискунов С.О., Шкриль О.О. Напіваналітичний метод скінченних елементів у задачах руйнування тіл з тріщинами // К.: Каравела, 2017. – 208 c
  2. Вабіщевич М.О., Сторчак Д.А.. Розв’язання нелінійних контактних задач деформування вузлових з’єднань сталевих конструкцій. // Опір матеріалів і теорія споруд. –К.:КНУБА, Вип.108, 2022, С. 178-179. 
  3. Гуляр О.І., Пискунов С.О., Мицюк С.В. Визначення ресурсу приєднувального штуцера в умовах багатоциклового навантаження при наявності початкових дефектів. //Опір матеріалів і теорія споруд. – К., 2011.- Вип. 86. с.9-22.
  4. ДБН В.2.6-198:2014 Сталеві конструкції. Норми проектування
  5. Писаренко Г.С., Квітка О.Л., Уманський Е.С.. Опір матеріалів. Підручник.-2-ге вид., допов. І переробл. – К.:Вища шк., 2004. -655с.
  6. Пискунов С.О., Мицюк С.В., Андрієвський В.П., Мицюк Д.В. Порівняльний аналіз результатів розрахунку рамного вузла у програмному засобі IDEA STATICA СONNECTION та за методиками нормативних документів // Опір матеріалів і теорія споруд: наук.-тех. збірн. – К.: КНУБА, 2022. – Вип. 109. – С. 31-39.
  7. Солодей І.І., Козуб Ю.Г., Стригун Р.Л., Шовківська В.В. Аналіз алгоритмів розв’язання геометрично нелінійних задач механіки в схемі напіваналітичного методу скінченних елементів. // Опір матеріалів і теорія споруд. –К.:КНУБА, Вип.109, 2022, С. 109-119.
  8. Максим’юк Ю.В., Мартинюк І.Ю., Козак О.В., Максим’юк О.В.. Numerical analysis of the stressed-deformed state of a tubular element under thermal loading// Опір матеріалів і теорія споруд. –К.:КНУБА, Вип.110, 2023, С. 199-206. 
  9. Bazhenov, V. A., Pyskunov, S.O., Maksym’yuk Yu. V., Mytsyuk S. V. Effect of geometric nonlinearity on the life of a herryingbone lock joint in creep // Strength of Materials, 2022, Vol. 54, No. 3, pp.372-376.
  10. Pyskunov S. Maksimyuk Yu., Maksimyuk О. Basic relationships for physically and geometrically nonlinear problems of deformation of prismatic bodies // Strength of Materials and Theory of Structures – 2020. – Vol. 104 . – С. 255-264 
  11. Frederick F. LingContact Stresses and Deformations, ME EN 7960-Precision Machine Design Topic 7, 2007
  12. Suranaree J. Sci. Technol. Vol. 14 No. 4; October-December 2007. Simulation and Experimental Work of Single Lap Bolted Joint Tested in Bending. Aidy Ali*, Ting Wei Yao, Nuraini Abdul Aziz, Muhammad Yunin Hassan and Barkawi Sahari.
 
References: 
  1. Bazhenov V.A., Piskunov S.O., Shkryl O.O. Semi-analytical method of finite in the problems of fracture of bodies with cracks // K.: Caravel, 2017. - 208 p.
  2. Vabishchevych M.O., Storchak D.A.. Solving nonlinear contact problems of deformation of nodal joints of steel structures. Resistance of materials and theory of structures, Issue 108, 2022, pp. 178-179.
  3. Gulyar O.I., Piskunov S.O., Mitsyuk S.V. Determination of the resource of the connecting fitting under conditions of multi-cycle loading in the presence of initial defects.
  4. DBN B.2.6-198:2014 Steel structures. Design standards
  5. Pisarenko GS, Kvitka OL, Umansky ES. Resistance of materials. Textbook - 2nd ed. And revised - K.: Higher school, 2004. -655с.
  6. Piskunov S.O., Mitsiuk S.V., Andrievsky V.P., Mitsiuk D.V. Comparative analysis of the results of calculation of the frame assembly in the IDEA STATICA CONNECTION software and according to the methods of regulatory documents // Resistance of materials and theory of structures: scientific and technical collection - Kyiv: KNUBA, 2022. - Issue 109. - P. 31-39.
  7. Solodey I.I., Kozub Y.G., Stryhun R.L., Shovkivska V.V. Analysis of algorithms for solving geometrically nonlinear problems of mechanics in the scheme of the semi-analytical finite element method.
  8. Maksymiuk Y.V., Martyniuk I.Y., Kozak O.V., Maksymiuk O.V.. Numerical analysis of the stressed-deformed state of a tubular element under thermal loading // Resistance of materials and theory of structures. -K.: KNUBA, Issue 110, 2023, pp. 199-206. 
  9. Bazhenov, V.A., Pyskunov, S.O., Maksym’yuk Yu.V., Mytsyuk S. V. Effect of geometric nonlinearity on the life of a herryingbone lock joint in creep // Strength of Materials, 2022, Vol. 54, No. 3, pp.372-376.
  10. Pyskunov S. Maksimyuk Yu., Maksimyuk О. Basic relationships for physically and geometrically nonlinear problems of deformation of prismatic bodies // Strength of Materials and Theory of Structures – 2020. – Vol. 104 . – С. 255-264 
  11. Frederick F. LingContact Stresses and Deformations, ME EN 7960-Precision Machine Design Topic 7, 2007
  12. Suranaree J. Sci. Technol. Vol. 14 No. 4; October-December 2007. Simulation and Experimental Work of Single Lap Bolted Joint Tested in Bending. Aidy Ali*, Ting Wei Yao, Nuraini Abdul Aziz, Muhammad Yunin Hassan and Barkawi Sahari.