Nonlinear finite element analyses on the bolt bending deformation
Cıvata eğilme deformasyonu üzerine doğrusal olmayan sonlu elemanlar analizleri
- Tez No: 840090
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MEHMET OKAN GÖRTAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Mekanik tasarımda birleştirme ve montaj işlemleri kalıcı veya kalıcı olmayan metotlar kullanılarak gerçekleştirilir. Bağlantıların sökülmesini sağlayan mekanik parçalar olan vidalı bağlantı elemanları kalıcı olmayan teknikler arasında çoğunlukla kullanılmaktadır. Dıştan ve içten vidalı bağlantı elemanları olan cıvata ve somundan oluşan bağlantılar mühendislik ürünlerinin çoğunda değiştirilebilir özelliklerinden ötürü yaygın olarak kullanılmaktadır. Cıvatalı bağlantılar özellikle eksenel yüklerin taşınması için tasarlanmış olsalar da sadece eksenel değil ayrıca eksenden kaçık yüklemelere de maruz kalabilirler. Eksenden kaçık yüklemelerin bazıları bağlanan parçalar arasındaki temastan kaynaklanarak cıvata tarafından taşınan eksenel kuvveti artıran kanırtma etkisine neden olabilirler. Eksenden kaçık yüklemeden oluşan eğilme momentine ek olarak, kanırtma etkisi, cıvata tarafından taşınan eksenel kuvveti yoğun bir şekilde artırarak cıvatayı etkiler. Eksenel kaçıklığın seviyesine bağlı olarak cıvatanın dayanımı, eğilme momenti ve fazladan çekme kuvvetinin kombinasyonu ile kanırtma etkisi altında azalır. Fazladan çekme kuvvetine, kanırtma etkisi altındaki cıvatalı bağlantı çalışmalarında dikkate alınmaktadır, ancak, bağlantının eksenel kaçıklığından ötürü oluşan eğilme momenti her zaman ilgilenilen bir fenomen değildir. Literatürdeki kanırtma etkisi altındayken oluşan cıvata eğilme momenti çıktıları genellikle sadece yorumlarla sınırlı kalmaktadır ve maksimum eğilme momentinin konumu ile önyüklemenin cıvata eğilme-çekme etkileşimine olan etkisi gibi cıvatanın eğilme deformasyonu hakkında açıklanmamış noktalar bulunmaktadır. Bu tezde malzeme, geometrik ve temas doğrusalsızlıklarının ele alındığı statik yapısal sonlu elemanlar analizleri gerçekleştirilerek kanırtma etkisi altındaki bir cıvatalı bağlantının eğilme deformasyonu mekanizması kapsamlı bir biçimde çalışılmıştır. Eksenel kaçık yükleme ve kanırtma etkisi altındaki cıvatalı bağlantılar için kısa bir temel bilgi aktarıldıktan sonra geniş kapsamlı bir literatür araştırması sunulmuştur. Cıvatalı bağlantıların üç boyutlu olarak sonlu elemanlar modelleme teknikleri, cıvata eğilmesi ve kanırtma etkisi hakkında olan literatürdeki çalışmalar detaylıca açıklanmıştır. Deneysel ve nümerik çalışma programları hedefler doğrultusunda planlanmıştır. Malzeme özellikleri ve deplasman sınır koşulları gibi gerekli girdilerin sağlanması için sonlu elemanlar analizleri öncesinde deneysel çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Sonlu elemanlar analizi modellerinin yapısı, analiz sonuçlarının sunulmasından önce detaylıca açıklanmıştır. Sonlu elemanlar analizlerinden elde edilen sonuçlar dört farklı bölümde sunulmuştur. Kuvvet-deplasman davranışı, yükleme boyunca gerinim-kuvvet değişimi ve bütün konfigürasyonlar ile modelleme teknikleri için mekanik parametrelerin sonuçları deneysel sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Modelleme teknikleri, eğilme deformasyonu kapasitesi kapsamında deneysel ve nümerik sonuçların karşılaştırılmasından sonra analiz edilmiştir ve bu olgu, gerilmeye maruz kalan bölge boyunca olan cıvata eğilme momenti sonucu ile eğilme-çekme etkileşim eğrisi kullanılarak değerlendirilmiştir. Cıvatalı bağlantı konfigürasyonları ayrıca üç farklı önyükleme kuvvet seviyesi kullanılarak analiz edilmiştir. Sonuç olarak, yarım pasolu bir bağlantı elemanı içeren bir cıvatalı bağlantının kanırtma etkisi altındaki yapısal tepkisi, eğilme deformasyonu kapasitesi dikkate alınarak kapsamlı bir biçimde değerlendirilmiştir. Çalışılan cıvatalı bağlantı tipinin kanırtma etkisi altındaki eğilmeye ilişkin olguları için sonlu elemanlar analizi modelleme hususları ve tasarım değerlendirmeleri sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Joining and assembly processes in mechanical design are performed by using permanent or non-permanent methods. Among the non-permanent techniques, threaded fasteners are commonly used mechanical components providing disassembly of the connections. The connections consisted of bolt and nut, which are externally and internally threaded members, are widely used in many engineering products because of the replaceable feature. Although the bolted joints are particularly designed to carry axial forces, they can be subjected to not only concentric loads but also eccentric loadings. Some of the eccentric loadings may lead to prying action which raises the axial force carried by the bolt due to the contact occurring between the connected members. In addition to the bending moment developed due to the eccentric loading, the prying action affects the bolt by increasing excessively the axial force carried by the bolt. The strength of the bolt in the joint decreases with regards to the level of the eccentricity under the prying action with a combination of the two facts which are bending moment and excessive tensile force. This additional tensile load is considered in the studies investigating the bolted joints under the prying action, however, the bending moment that occurred due to the eccentricity of the joint is not always an interested phenomenon. Outcomes about the bolt bending moment occurred under prying action in the literature are usually limited by only comments, and there are still unaddressed points about the bolt bending deformation such as the location of the maximum bending moment and effects of the preloading on the bending-tension interaction of the bolt. In this thesis, the bending deformation mechanism of a bolted joint under prying action was studied comprehensively by performing static structural finite element analysis considering the material, geometric and contact nonlinearities. After introducing a brief background about the bolted joints under the eccentric loadings and prying action, a comprehensive literature survey was presented. The studies in the literature about the three-dimensional finite element modelling techniques of the bolted joints, bolt bending, and prying action were explained in detail. The experimental and numerical study programs were planned in accordance with the objectives. Experimental studies were performed prior to finite element analyses to provide required inputs such as material properties and displacement boundary conditions. Before presenting the analysis results, the construction of the finite element analysis models was represented in detail. The results obtained from the finite element analyses were presented in four different sections. The force-displacement behaviour, strain-force variations throughout the loading, and results of the mechanical parameters for all configurations and modelling techniques were compared with the experimental results. After comparing the experimental and numerical results, the modelling techniques were analysed in terms of the bending deformation capability, and this feature was evaluated by using the bolt bending moment results throughout the clamped region and bending-tension interaction curves. The bolted joint configurations were also analysed by using three different pre-tightening force levels. In conclusion, the structural response of a bolted joint involving a partially threaded fastener under prying action was comprehensively evaluated by considering the bending deformation capacity. For the flexural features of the studied bolted joint type under prying action, finite element analysis modelling issues and design considerations were presented.
Benzer Tezler
- Süneklik düzeyi yüksek bina türü bir endüstri yapısına ait kiriş-kolon birleşim bölgesinin tasarımı ve doğrusal olmayan analizi
Design and nonlinear analyses of the beam-to-column (eaves) connections for high ductile portal frames
YAĞMUR KULAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER
- Tam dayanımlı bulonlu alın levhalı kiriş-kolon birleşimlerinin çevrimsel yükler altında doğrusal olmayan davranışı
Nonlinear behavior of extended end-plate beam to column connections subject to cyclic loading
SELİN YARDIMCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CÜNEYT VATANSEVER
- Spider camların düzleme dik yükleme halinde gerilme analizi
The behaviour of spider glass under out of plane loads
EREN KALAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İSMAİL GERDEMELİ
- Takviyeli alın levhalı bulonlu kiriş-kolon birleşimlerinin sonlu eleman analizleri
Finite elements analyses of bolted stiffened end plate beam-column connections
ANIL ZAFER
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
İnşaat MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERKAN BEKİROĞLU
- Development of artificial neural network based design tool for aircraft engine bolted flange connection subject to combined axial and moment load
Eksenel ve moment yükü altındaki flanşlar için yapay sinir ağına dayalı cıvatalı flanş tasarım aracı geliştirilmesi
TAHİR VOLKAN SANLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALTAN KAYRAN