شبیه سازی تنش کششی در اتصال لوله با پیچ های پیش تنیده
هنگام تجزیه و تحلیل یک اتصال پیچ و مهره، یکی از مواردی که برای تجزیه و تحلیل دقیق باید در نظر گرفته شود، کشش پیچ است . با COMSOL Multiphysics، اثرات پیش تنیدگی پیچ را می توان به راحتی با استفاده از ویژگی پیش تنش پیچ موجود در ماژول مکانیک سازه محاسبه کرد. پس از مدل سازی پیچ و مهره های پیش تنیده، می توان آنالیز بیشتری را بر روی بار خارجی اعمال شده به سازه انجام داد. در اینجا، نحوه گنجاندن پیچهای پیش تنیده در مدل اتصال لوله را بررسی میکنیم و سپس یک تحلیل تنش روی اتصال انجام میدهیم.
فیزیک یک مفصل پیچ شده
پیچها با سفت کردن آنها تا زمانی که محکم شوند، پیشکشیده میشوند، سپس از یک آچار برای چرخش بیشتر پیچ استفاده میشود. از آنجایی که سر پیچ در برابر سطح واشر یا فلنج محکم است، چرخاندن پیچ به سمت جلو باعث می شود که کمی کشیده شود. پیچ دراز به عنوان نوعی فنر کشیده عمل می کند و دو سطح اتصال را به هم می کشد. سایر عباراتی که ممکن است بشناسید که به پیچ و مهره های پیش تنیده اشاره دارند عبارتند از: پیش تنیدگی ، پیش بارگذاری ، و بار گیره .
هنگامی که یک پیچ به درستی پیش تنیده شده باشد، می تواند بار سنگین تری را نسبت به پیچ و مهره ای که به طور نامناسب فشار داده شده است، یا پیچی که اصلاً پیش تنیده نشده است، حمل کند. این به دلیل روشی است که یک پیچ پیش تنیده بار مستقیم را حمل می کند. بار بر روی سطوح متصل اطراف پیچ توزیع می شود و پیچ فقط قسمت کوچکی از بار را تحمل می کند. علاوه بر این، به دلیل اینکه پیچ تا یک مقدار از پیش تعیین شده کشیده شده است، پیچ با گذشت زمان شل نمی شود. با این حال، در پیچ و مهره ای که پیش تنیده نشده است، تمام بار کششی توسط خود پیچ حمل می شود.
اگر یک بار برشی به یک اتصال پیچ و مهره ای که به درستی طراحی شده اعمال شود ، نیروی عرضی از طریق اصطکاک بین سطوح فشرده شده به هم توسط پیش کشش پیچ منتقل می شود. این روش بسیار کارآمدتری برای حمل بار برشی نسبت به روشی است که فقط توسط خود پیچ ها حمل می شود. فرمولهای کتابچه راهنمای طراحی اتصالات پیچ و مهرهای وجود دارد، اما برای هندسههای پیچیدهتر، اغلب برای طراحی ایمن به تحلیل اجزا محدود نیاز است. علاوه بر این، تنش های ایجاد شده در اطراف سوراخ های پیچ ممکن است بر نتایج تجزیه و تحلیل تأثیر بگذارد.
شبیه سازی تظاهر پیچ با COMSOL Multiphysics
در COMSOL Multiphysics، پیش تنیدگی در پیچها را میتوان با استفاده از ویژگی پیش تنش پیچ در رابط فیزیک مکانیک جامد در ماژول مکانیک سازه مدلسازی کرد. از اینجا میتوانید نوع Pre-tension (در این مورد، Pre-tension stress ) را انتخاب کنید و تنش را در قسمت ویرایش σ p وارد کنید. برای هر پیچ جداگانه، یک زیرگره انتخاب پیچ اضافه می کنید . در این ویژگی، هر پیچ با انتخاب یک یا چند مرز که یک مقطع را از طریق آن مشخص می کند، توصیف می شود. نتایجی مانند نیروی پیچ محوری، نیروی برشی پیچ و تغییر شکل برای همه پیچها در دسترس خواهد بود.
تحلیل تنش کششی در اتصال لوله
با استفاده از پیچهای پیش تنیده در مدل اتصال لوله ، میتوانیم استفاده از ویژگی پیش تنیدگی پیچ و نحوه محاسبه اثر پیشتنیدگی و بارهای خارجی در اتصال لوله را بررسی کنیم. در مدل، لوله از فولاد با قطر خارجی 220 میلی متر و قطر داخلی 200 میلی متر ساخته شده است. فلنج ها توسط چهار پیچ پیش تنیده به 75 درصد قدرت تسلیم آنها متصل می شوند. بار خارجی یک لحظه خمشی روی لوله است. هندسه در زیر نشان داده شده است:
به دلیل تقارن مدل، تنها نیمی از یک طرف فلنج نیاز به تجزیه و تحلیل دارد. دو منطقه تماس مدل شده وجود دارد. یکی بین سطح پایین فلنج و یک جامد ثابت که به عنوان شرایط تقارن عمل می کند و دومی بین واشرهای زیر سر پیچ و فلنج. همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، پس از افزودن پیش کششی به پیچ و مهره، تنش کششی در پیچ و تنش فشاری در قسمت اطراف فلنج وجود دارد.
تنش کششی پس از مرحله پیش کشش.
هنگامی که حداکثر بار به لوله اعمال می شود، تنشی در حدود 300 مگاپاسکال در فیله بین فلنج و لوله ایجاد می شود. خمش باعث تغییر شکل پیچ در سمت کششی می شود و تغییر شکل و مشخصات تنش دیگر متقارن نیستند. پیچ در معرض توزیع غیریکنواخت تنش در سطح مقطع قرار می گیرد و حداکثر تنش به سرعت از 75 درصد تنش تسلیم (مقدار پیش تنیده) به 88 درصد تنش تسلیم افزایش می یابد. در نمودار زیر (سمت راست)، می توان مشاهده کرد که چگونه بار خارجی اعمال شده به سرعت نیروی یکی از پیچ ها را افزایش می دهد و نشان می دهد که به درستی کار نمی کند.
![]() | ![]() |
تنش معادل در حداکثر بار خارجی. تغییر شکل اغراق آمیز است. | نیروهای پیچ به عنوان تابعی از بار خارجی. |
با مقایسه فشار تماس بین فلنج ها درست پس از پیش تنیدگی پیچ ها با فشار تماس پس از اعمال حداکثر بار نهایی، یک تغییر واضح در توزیع فشار تماس مشاهده می شود. این نشان می دهد که پیچ و مهره کافی در اتصال وجود ندارد.
![]() | ![]() |
فشار تماس بین فلنج ها پس از فشار دادن پیچ ها. | فشار تماس بین فلنج ها در بار خارجی کامل. |
دانلود مدل
- مدل پیچ و مهره پیش تنیده در لوله اتصال را از گالری مدل دانلود کنید .
- لینک دانلود به صورت پارت های 1 گیگابایتی در فایل های ZIP ارائه شده است.
- در صورتی که به هر دلیل موفق به دانلود فایل مورد نظر نشدید به ما اطلاع دهید.
برای مشاهده لینک دانلود لطفا وارد حساب کاربری خود شوید!
وارد شویدپسورد فایل : پسورد ندارد گزارش خرابی لینک
دیدگاهتان را بنویسید