- Tytuł:
-
Numerical study of the prestressed connectors and their distribution on the strength of a single Lap, a double lap and hybrid joints subjected to uniaxial tensile test
Badania numeryczne docisku w łącznikach oraz ich rozmieszczenia na wytrzymałość połączeń zakładkowych, dwunakładkowych i hybrydowych poddanych jednoosiowemu rozciąganiu - Autorzy:
-
Sadowski, T.
Golewski, P. - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/354882.pdf
- Data publikacji:
- 2013
- Wydawca:
- Polska Akademia Nauk. Czytelnia Czasopism PAN
- Tematy:
-
prestressed connectors
numerical analysis
single lap joint
hybrid joint
połączenie sprężone
analiza numeryczna
złącze zakładkowe
złącze dwunakładkowe
złącze hybrydowe - Opis:
-
Prestressed joints are widely used in construction using connectors in the form of screws, whose task is to strong clamping of joined parts, thereby the internal forces in joint are transferred by surface friction contact of the elements. In the automotive and aerospace industries hybrid joints are more widely applied. Mechanical connectors are added to the adhesive joint in form of rivets, screws or clinch increasing its strength properties. The aim of this study was to determine how the prestressed connectors influence the mechanical response of hybrid, single and double lap joints. The influence of different distribution of the connectors was also investigated. Numerical study was conducted in ABAQUS program. Mechanical connectors were modeled by using fasteners, that allowed for a considerable simplification of the numerical model. In their application, there is no need for an additional submodels for connectors in the form of the rivet or the bolt. Prestressing is activated by direct application of the force to the connector. In the numerical examples the authors assumed that the diameter of the mechanical connectors was equal to 6mm and shear strength was equal 1kN. Adhesive layers were modeled by using cohesive elements for which maximum shear stresses and fracture energy were specified. The layer thickness was assumed to be equal 0.1mm and it was initially removed from the areas where mechanical connectors were placed. Two types of joints were analysed in the study: the single lap joint with lap dimensions 40x40mm as well as the double lap joint with lap dimensions 40x20mm, from which it results that theoretical strength of both connections should be the same. The prestressing of connectors was introduced by the force 1.5kN. For all pure - mechanical joints and for single lap joints positive effects were obtained. For double lap joints additional prestressing did not significantly affect for their strength. The influence of distribution of mechanical connectors was additionally analyzed by consideration of three configurations, where the rows of rivets were located at distances of 5, 10 and 15mm from the lap edge. The maximum increase of the load capacity by 24% was achieved for single lap joint as well as 35.7% for double lap joint. The obtained numerical results indicate the positive effects of additional pressure and allows for practical suggestions how to correct and optimize spacing distance of mechanical connectors in hybrid joints to get better mechanical response.
Połączenia sprężone są szeroko stosowane w budownictwie przy wykorzystaniu łączników w postaci śrub, których zadaniem jest silne docisnięcie do siebie łączonych elementów, wskutek czego siły w złączu są przenoszone dzięki tarciu stykających się powierzchni tych elementów. W przemyśle samochodowym i lotniczym coraz powszechniej stosuje się połączenia hybrydowe. Do złącza klejowego wprowadzane są łączniki w postaci nitów, śrub lub przetłoczeń podnosząc jego cechy wytrzymałościowe. Celem przeprowadzonych badań było określenie jak wpływa sprężenie łączników w połączeniach hybrydowych w złączach zakładkowych oraz dwunakładkowych także przy różnym rozmieszczeniu łączników. Badania numeryczne były przeprowadzone w programie Abaqus. Połączenia mechaniczne były modelowane przy użyciu tzw. fastenerów, które pozwalają na znaczne uproszczenie budowy modelu. Przy ich zastosowaniu nie ma potrzeby wykonywania dodatkowego modelu w postaci łącznika - nitu lub śruby. Sprężenie jest natomiast wywoływane poprzez bezpośrednie podanie wartości siły wystepującej w łączniku. Dla łączników mechanicznych została podana siła powodująca ściecie o wartości 1kN a ich średnica wynosiła 6mm. Warstewka kleju była modelowana przy użyciu elementów kohezyjnych dla których zostały określone maksymalne naprężenia styczne oraz energia zniszczenia. Grubość warstewki wynosiła 0,1mm i wstępnie została ona usunięta z obszarów w których występowały łączniki mechaniczne. Badaniom poddano dwa typy połączeń: zakładkowe o wymiarach zakładki 40x40mm oraz dwunakładowe o wymiarach zakładek 40x20mm z czego wynika fakt, że teoretycznie wytrzymałość na ścinanie obu połączeń powinna być jednakowa. Analizowano połączenia sprężone siłą 1,5kN uzyskując pozytywne efekty dla wszystkich połączeń czysto - mechanicznych oraz dla połączeń zakładkowych. Dla połączeń dwunakładkowych sprężanie nie wpływa znacząco na ich wytrzymałość. Dodatkowo w pracy analizowano wpływ rozmieszczenia łączników mechanicznych rozważając trzy konfiguracje, gdzie rzędy nitów znajdowały się w odległościach 5, 10 i 15mm od granicy zakładki. Uzyskano tym samym maksymalny wzrost nośności o 24% dla połączeń zakładkowych oraz o 35,7% dla dwunakładkowych. Wykonane prace świadczą o pozytywnych skutkach sprężania połączeń a także dają wskazówki do prawidłowego - bardziej optymalnego wytrzymałościowo rozmieszczania łączników mechanicznych w połączeniach hybrydowych. - Źródło:
-
Archives of Metallurgy and Materials; 2013, 58, 2; 579-585
1733-3490 - Pojawia się w:
- Archives of Metallurgy and Materials
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł