Изложены краткие сведения о возможных видах соединений на высокопрочных болтах. Показаны принципы, вызывающие необходимость их диагностирования и методы его выполнения, раскрыты особенности производства ремонтных работ. Рассмотрено использование соединений на высокопрочных болтах как средство повышения надежности конструкций разного назначения, раскрыты проблемы совершенствования технологии выполнения и диагностики соединений.

Изложены результаты исследований выносливости соединений на несущих высокопрочных болтах, отличающихся повышенной диссипацией. Приведены экспериментальные данные, являющиеся основными расчетными параметрами.

Обобщены результаты многолетних исследований влияния релаксации начальных напряжений в соединениях на высокопрочных болтах, используемых как при изготовлении и монтаже новых конструкций, так и для ремонта эксплуатируемых путем замены дефективных заклепок или с целью повышения выносливости заклепочных соединений.

Рассмотрена проблема математического моделирования сложных геометрических объектов на базе теории R-функций. Предложены новые математические модели наиболее распространенных гаечных и болтовых соединений.

Предложена методика определения тангенциальных, радиальных нормальных и касательных напряжений в полупетлевом соединении. Исследовано распределение напряжений в соединительном узле методом конечных элементов в программе Cosmos/M и определены опасные зоны. Выполненные численные исследования подтверждают работоспособность предложенной модели для проектировочного расчета. Для повышения несущей способности полупетлевого соединения предложено использовать оштифтованные или оребренные металлические втулки.

Розроблено метод розрахунку довговічності болтових з'єднань елементів авіаційних конструкцій за регулярного та програмного навантаження з урахуванням ряду конструктивно-технологічних факторів: місцевого згину від ексцентриситету передачі навантаження, осьового або радіального натягів. Зазначено, що вказаний метод є подальшим розвитком методу розрахунку довговічності за локальним напружено-деформованим станом і використовує енергетичний критерій втомного руйнування. В процесі розрахунку довговічності з'єднань врахування впливу розглянутих конструктивно-технологічних факторів на напружено-деформований стан запропоновано здійснювати за допомогою узагальненого коефіцієнта концентрації напружень у комбінації з вперше введеною коректувальною функцією в правій частині рівняння Нейбера. Виконано експериментальну перевірку запропонованого методу на зразках болтових з'єднань за регулярного та програмного навантаження. Доведено, що розроблений метод дозволяє скоротити обсяг втомних випробувань на етапі проектування з'єднання, вибрати раціональні конструктивно-технологічні рішення на основі характеристик матеріалу та розрахунків напружено-деформованого стану методом скінчених елементів, а також суттєво підвищити точність прогнозування довговічності з'єднань за наявності осьового та радіального натягів.

Наведено результати розрахунків дворядного двозрізного болтового з'єднання з елементами із полімерного композиційного матеріалу (ПКМ) для різних комбінацій таких технологічних факторів, як посадка болта в отвір і момент на ключі під час затягування. Розрахунки максимально наближені до реальної ситуації: використовували тривимірну геометричну і скінченноелементну моделі, задача розв'язувалася як пружна контактна з урахуванням силового навантаження, величин зазору/натягу в отворах, моменту затягування, тертя в з'єднанні. ПКМ моделювали як 3D-ортотропний матеріал. Розрахунки проводили на програмному комплексі FEMAP/NX NASTRAN, версія 10.2.0. Обчислення виконано відповідно до плану повного факторного експерименту: два фактори на трьох рівнях, всього дев'ять комбінацій. За результатами розрахунків побудовано регресійну модель, яка описує вплив вибраних технологічних факторів на величину максимального еквівалентного напруження за Мізесом у болтах з'єднання. Результати розрахунків засвідчили, що технологічні фактори, які супроводжують виготовлення болтового з'єднання, можуть істотно вплинути на напружено-деформований стан елементів з'єднання. Так, величина максимального еквівалентного напруження у розрахунках змінювалася від 782 до 1146 МПа, тобто різниця перевищувала 30 %. Зроблено висновок про перспективність застосування описаного підходу до проектування болтових з'єднань елементів з ПКМ, зокрема в авіабудуванні.

Намечены перспективные направления исследований с целью совершенствования нормативных требований к проектированию, производству, монтажу, а также диагностике технического состояния и ремонту соединений на высокопрочных болтах.

На примере двухрядного двухсрезного болтового соединения проведена отработка методики расчетов соединений, содержащих элементы из полимерного композиционного материала (ПКМ). Расчеты максимально приближены к реальной ситуации: использованы трехмерная геометрическая и конечно-элементная модель, задача рассмотрена как термоупругая контактная, с учетом силовой нагрузки, изменения температуры, величин зазора/натяга в отверстиях, предварительной затяжки, трения в соединении, возможного наличия дефектов исполнения отверстий в ПКМ. ПКМ смоделирован как 3D-ортотропный. Учтены новые возможности, появившиеся в новой версии программного комплекса FEMAP/NX Nastran. Показано, что изгиб болтов под действием полезной нагрузки вызывает существенное перераспределение напряжений как в болтах, так и в пластине из ПКМ в зоне контакта с болтом, с появлением пиковых значений высокого уровня. Сделан вывод, что слабая нелинейность позволяет проводить ограниченное число расчетов и строить интерполяционные аппроксимации для промежуточных ситуаций. Таким образом можно создать справочные материалы, востребованные в различных отраслях промышленности, в частности, в авиастроении.

У сучасних скінченно-елементних програмах класу PLM є можливість створювати змішані скінченно-елементні моделі шляхом "склеювання". Це надає змогу, зокрема, створювати для розрахунків на ПЕВМ відносно невеликі 3D-моделі полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) у болтових з'єднаннях, в яких ПКМ в зонах отворів моделюється пошарово, а за ними - наближено, згідно з теорією "ефективного модуля". Проведено обгрунтування можливості застосування змішаних 3D-моделей ПКМ під час моделювання болтових з'єднань шляхом проведення числових експериментів для визначення мінімальних розмірів зон більш точного моделювання ПКМ за забезпечення однакової точності розрахунків. Створено 20 3D-моделей зразків однозрізного дворядного болтового з'єднання з ПКМ (контактна задача), в яких варіювалася відстань від отвору до границі "склеювання" (5 значень), а також бічний зазор болтів з отворами (4 значення). Незмінними були величина сили стягування пакета та розтягуючи зразок сила. За результатами розрахунків визначено граничні значення напружень: еквівалентних за Мізесом та мінімальних (таблиці). Побудовано графіки. Зроблено висновки, що застосування змішаних 3D-моделей ПКМ в болтових з'єднаннях можливе, що мінімальну відстань від отвору до границі "склеювання" можна обирати за формулою s >= 0,8h, де h - товщина пластини з ПКМ, за відносно невеликих бічних зазорів болт/отвір, або як s >= (1 - 1,2)h за максимальних бічних зазорів. Цей напрямок досліджень потрібно продовжувати, оскільки кількість параметрів впливу значно більша, ніж розглянуто у повідомленні.

Вивчено вплив величини зазору на напружений стан болта однозрізного болтового з'єднання в зоні "зрізу". Використано метод скінченних елементів і тривимірну контактну модель, максимально наближену до реальної геометрії й умов навантаження. Встановлено, що болт однозрізного болтового з'єднання завжди "працює" не тільки на зріз, а й на згин. Контактна взаємодія бічної поверхні болта із кромками отворів викликає в зонах контактів у болті додаткові від'ємні осьові напруження пікового характеру. Навіть при знакопостійному циклі основного навантаження в болті може виникнути приповерхня зона із циклічно знакозмінними осьовими напруженнями, а вони більш руйнівні, чим знакопостійні. Це міняє характер втомного руйнування болта. Новизна: з'ясовано причину зміни характеру втомного руйнування болта: відрив замість зрізу.

С помощью программного комплекса ABAQUS выполнено конечноэлементное моделирование комбинированных болтовых и сварных соединений с целью изучения механизмов разрушения и несущей способности. Проанализирован вклад сварных швов и болтовых соединений в общую несущую способность конструкции. Механизмы разрушения и несущая способность образцов с различными размерами сварных швов оценивались по данным численных экспериментов, в ходе которых рассчитывались прочностные характеристики болтов с постоянным сечением и образцов с различными размерами сварных швов в комбинированном соединении. При этом прочность сварных швов была выше, чем болтов. По мере увеличения соотношения прочности сварных швов и болтов вклад последних в несущую способность комбинированного соединения снижается до нуля по достижении этим соотношением уровня 2,0.

У сучасних скінченно-елементних програмах класу PLM є можливість створювати змішані скінченно-елементні моделі шляхом "склеювання". Це дозволяє, зокрема, створювати для розрахунків на ПЕОМ відносно невеликі 3D-моделі полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) в болтових з'єднаннях, в яких ПКМ в зонах отворів моделюється пошарово (локально), а за ними - наближено, згідно з теорією "ефективного модуля" (глобально). Раніше проведено обгрунтування можливості застосування змішаних 3D-моделей ПКМ при моделюванні болтових з'єднань шляхом проведення чисельних експериментів для визначення мінімальних розмірів зон більш точного моделювання ПКМ при забезпеченні однакової точності розрахунків. Ця праця присвячена виявленню тенденцій у змінах характеристик НДС ПКМ у зонах отворів болтових з'єднань при зміні структури ПКМ, з метою зниження абсолютних величин напружень стискування, що виникають в ПКМ. Створено 24 3D-моделей зразків однозрізного дворядного болтового з'єднання з ПКМ (контактна задача), в яких варіювалися структури ПКМ (6 варіантів), а також бічний зазор болтів з отворами (4 значення). Незмінними були величина сили стягування пакета та сила, що розтягує зразок. За результатами розрахунків визначені розподіли мінімальних напружень і контактних тисків (таблиці, графіки). Зроблено висновки, що структура пластини з ПКМ суттєво впливає на характеристики НДС ПКМ у зонах отворів; що можна знайти таку структуру, яка забезпечить найменші значення абсолютних величин напружень стискування та більшу міцність з'єднання.

У сучасних скінченно-елементних програмах класу PLM є можливість створювати змішані скінченно-елементні моделі шляхом "склеювання". Це дозволяє, зокрема, створювати для розрахунків на ПЕОМ відносно невеликі 3D-моделі полімерних композиційних матеріалів (ПКМ) в болтових з'єднаннях, в яких ПКМ в зонах отворів моделюється пошарово (локально), а за ними - наближено, згідно з теорією "ефективного модуля" (глобально). Раніше проведено обгрунтування можливість застосування змішаних 3D-моделей ПКМ при моделюванні болтових з'єднань шляхом проведення чисельних експериментів для визначення мінімальних розмірів зон більш точного моделювання ПКМ при забезпеченніоднакової точності розрахунків. У даному повідомленні проведено виявлення тенденцій у змінах характеристик НДС болтів при зміні структури ПКМ, з метою знаходження структур зі зниженими значеннями характеристик НДС, що визначають міцність з'єднання. Створено 24 3D-моделі зразків однозрізного дворядного болтового з'єднання з ПКМ (контактна задача), в яких варіювалися структури ПКМ (6 варіантів), а також бічний зазор болтів з отворами (4 значення). Незмінними були величина сили стягування пакета та сила, що розтягує зразок. За результатами розрахунків визначені розподіли напружень (рисунки, графіки). Зроблено висновки, що структура пластини з ПКМ суттєво впливає на характеристики НДС як у зонах отворів у ПКМ, так і в болтах; що можна знайти таку структуру, яка забезпечить підвищення міцності з'єднання. Виявлено декілька ефектів, які можуть значно вплинути на уявлення про характеристики напружено-деформованого стану болтів в зонах отворів.

Швидкісною термічною обробкою та гарячим висаджуванням головок виготовлено дослідну партію стикувальних болтів М12 авіаційного призначення з прутків сплаву ВТ22, отриманих інтенсивною гарячою пластичною деформацією (кроковим куванням - вальцюванням). Після фінального старіння за випроб розтягом болти мали такі характеристики: межі плинності та міцності 1380 і 1455 МРа, відносне видовження та звуження 7,2 і 24,3 % відповідно. Випробування, виконані за розробленою у ДП "АНТОНОВ" програмою, засвідчили, щоо втома та малоциклова втома є майже вдвічі вищими під час накочування різьблення в повністю термічно зміцненому стані, тобто після фінального старіння. Встановлено можливість підвищення втомних характеристик болтів удосконаленням технології механічної обробки.

Визначено напруження зминання багаторядних болтових з'єднань шаруватих вуглепластикових композитів за деформацією в околі одиничного (ізольованого) отвору, контактно навантаженого через болт. За результатами випробувань, отриманих методом цифрової кореляції зображень, побудовано діаграму руйнування в координатах напруження-деформація і встановлено допустиме напруження зминання, що відповідає збільшенню залишкової деформації діаметра отвору на 2 %.

Визначено напруження зминання багаторядних болтових з'єднань шаруватих вуглепластикових композитів за деформацією в околі одиничного (ізольованого) отвору, контактно навантаженого через болт. За результатами випробувань, отриманих методом цифрової кореляції зображень, побудовано діаграму руйнування в координатах напруження-деформація і встановлено допустиме напруження зминання, що відповідає збільшенню залишкової деформації діаметра отвору на 2 %.

Індекс рубрикатора НБУВ: К441.211

Рубрики:

Болтові з'єднання деталей машин

Шифр НБУВ: Ж43974 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Індекс рубрикатора НБУВ: К441.211-02

Рубрики:

Болтові з'єднання деталей машин

Шифр НБУВ: РА442202 Пошук видання у каталогах НБУВ