KFUPM ePrints

Effect of bolt layout on the mechanical behavior of bolted joint

Khurshid, Hassan (2004) Effect of bolt layout on the mechanical behavior of bolted joint. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
10Mb

Arabic Abstract

براغي التثبيت (مسمار التثبيت اللولبي) يعتبر من الأشياء الشائعة الاستعمال في ربط وتثبيت قطع الآلات والمنشآت بعضها ببعض وغيرها وذلك نظراً لسهولة تبديلها وتثبيتها . إن التحاليل الإجهادي الناتج عن عملية تثبيت هذه البراغي ، يتأثر بعوامل كثيرة منها : حجم البرغي نفسه ، وقطره ، وعدد الألواح التي يراد تثبيت بعضها ببعض ، وظروف تطبيق القوى وعدد البراغي المستخدم لذلك وطريقة توزيعها . لهذه الأسباب كلها تعتبر دراسة هذه الأمور من الأمور الصعبة . إن المهتمين لهذا النوع من الدراسة استخدموا عدة محاور وطرق منها النظري أو التحليل الرقمي أو بالدراسات المعملية . أما الطرق النظرية فتتطلب وجود حلول للمعادلات التفاضلية الاعتيادية والجزئية منها والتي في أغلبها لا يمكن إيجادها في الحقيقة . أما الطرق المعملية فتتطلب وقتا طويلا ومواردا مالية كبيرة وليست من السهولة إعادة التجارب نفسها وبظروفها فيما لو حدث أي خلل . لهذه الأسباب المتعلقة تصبح الطرق الرقمية أكثر فعالية واختصارا للوقت والجهد فمن خلال الطرق الرقمية يمكن تغيير أو اعتبار أي من العوامل المؤثرة في التحاليل بسهولة ويسر . في هذه الدراسة استخدمت طريقة العنصر المحدود بأبعاده الثلاثة وذلك من خلال برنامج (ANSYS) لتحليل الإجهادات في براغي التثبيت . ولقد تم شرح النموذج المستخدم في هذه العملية وطريقة تأثير القوى عليها والتي تتضمن القوى الشدية والقوى القصية . كما أضيف التأثير الغير خطي في هذا النموذج من خلال تمثيل للأسطح المتقابلة والمتلامسة فيه بالعناصر المحدودة المناسبة . إن نتائج هذا البحث تضمنت الإجهادات المترتبة نتيجة تأثير عدة إزاحات هي : 0.6 ملم و 0.8 ملم و 0.1 ملم وعدة فروقات الخلوص في الأقطار وهي 0.01 ملم ، 0.05 ملم ، 0.5 ملم وقوى شدية أولية هي 500 نيوتن ، 9000 نيوتن و 30000 نيوتن كما تضمنت عوامل احتكاك مختلفة هي 0.1 ، 0.2 ، 0.3 . بعد هذه الدراسة المركزة على واحد من البراغي تم توزيع النموذج ليشمل أربعة براغي تثبيت لدراسة تأثير توزيعها على اللوحين المارد تثبيتها تحت تـأثير قوى القص . وأخيراً تم خلال هذه الدراسة بإجراء تجارب معملية للتأكد من صحة وسلامة النموذج الرقمي . كما انتهت الدراسة بإيجاد علاقة تربط بعض العوامل الهندسية لمقارنة بعض نماذج توزيع البراغي بعضها ببعض وذلك من خلال تحديد أكثر البراغي حرجا (أكثر إجهادا) .

English Abstract

A bolted joint is a typical connection that is widely used in machine assemblies, construction of structural components etc. Owing to the easy replacement and installation, bolted joints are very popular. Bolted joint analysis involves many variables like bolt size, diameter, member thickness, number of members, loading condition, number of bolts and their different arrangements. Due to all these factors the analysis is complex. Researchers have used different approaches like analytical, experimental and numerical techniques. The analytical method requires solution of ordinary and partial differential equations, which are not easily obtainable in actual engineering problems. Experimental work requires more resources and time and it is difficult to reproduce in case of any mistake. Because of these facts the use of numerical methods is more practical and time saving. Numerical models can be altered with ease and non-linear behavior can be included if necessary. In the present work finite element software ANSYS is used to perform a three-dimensional analysis of a single bolt joint. Finite element modeling (FEM) of the joint is discussed with boundary conditions in shear and tensile type of loading. Non-linear effects are included by introduction of contact elements at the interfacing surfaces. The results are reported for different loads due to the applied displacements of 0.06 mm, 0.08 mm and 0.1 mm, different clearances of 0.01 mm, 0.05 mm, different pretension of 500 N, 9000 N and 30000 N and different coefficient of friction of 0.1, 0.2 and 0.3. The same three-dimensional model is extended further to four bolts to see the effect of layout on the displacement pattern and stress distribution under shear type loading. Experimental verificatin is done for the credibility of numerical results. A tool in form of geometrical parameters to compare different layouts in terms of critical bolt is also developed.



Item Type:Thesis (Masters)
Date:April 2004
Date Type:Completion
Subjects:Mechanical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Mechanical Engineering Dept
Creators:Khurshid, Hassan
Committee Advisor:Al-Nassar, Yaagoub N.
Committee Members:Arif, Abul Fazal Mohammad and Sheikh, Anwar K. and Merah, NeCar and Al-Dheylan, Khalid
ID Code:10525
Deposited By:KFUPM ePrints Admin
Deposited On:22 Jun 2008 17:07
Last Modified:30 Apr 2011 15:37

Repository Staff Only: item control page