Non-linearity of the contact layer between elements joined in a multi-bolted connection and the preload of the bolts

The paper presents modeling and calculations of multi-bolted connections at the assembly stage on an example of the engine cylinder head-block connection. The physical model of the connection was introduced as a combination of three subsystems: the set of bolts, the joined element and the contact layer between the joined element and the rigid support. The finite element method (FEM) was used for the modeling. Bolts were replaced with hybrid elements. The joined element was modeled with spatial finite elements. The Winkler model of the contact layer has been taken into consideration. The truth of the theorem has been examined, according to which non-linearity of the contact layer has a negligible impact on the final values of the bolt forces in the case of sequential preloading of the multi-bolted connection. The results of the calculations of a selected multi-bolted connection have been compared with the experimental results.

Przedstawiono modelowanie i obliczenia połączeń wielośrubowych na etapie montażu, na przykładzie połączenia głowicy z blokiem silnika. Wprowadzono model fizyczny połączenia zbudowany z trzech podukładów: zbioru śrub, elementu łączonego i warstwy stykowej między elementem łączonym a nieodkształcalną ostoją. Do modelowania wykorzystano metodę elementów skończonych (MES). Śruby zastąpiono elementami hybrydowymi. Element łączony zamodelowano za pomocą przestrzennych elementów skończonych. Warstwę stykową potraktowano jako ciało Winklera. Zbadano prawdziwość tezy, według której nieliniowość warstwy stykowej ma znikomy wpływ na końcowe wartości sił w śrubach w przypadku połączenia wielośrubowego napinanego wstępnie kolejno dokręcanymi śrubami. Wyniki obliczeń wybranego połączenia wielośrubowego porównano z wynikami badań doświadczalnych.