بررسی تحلیلی و آزمایشگاهی رفتار غیرخطی اتصالات فلنجی تحت بارگذاری طولی و خمشی

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

2 دانشیار، گروه مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

3 استادیار، گروه مکانیک، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد

4 رییس پژوهش و فناوری، شرکت گاز استان خراسان رضوی، مشهد

چکیده

اتصالات فلنجی در تجهیزات مکانیکی و سازه‌های هوافضایی به‌طور گسترده بکار می‌روند. مطالعه و بررسی رفتار استاتیک و دینامیک این اتصالات همواره با اهمیت است. در این پژوهش، به‌منظور در نظر گرفتن انعطاف‌پذیر اتصال، نخست، اتصال فلنجی با تعدادی فنر معادل شده و سپس روندی تحلیلی برای محاسبۀ سختی معادل این نوع اتصالات ارائه گردیده است. برای این منظور لبۀ اتصال به‌صورت تیر یکسر درگیر مدل شده و تغییر شکل آن تحت بارگذاری‌های مختلف استخراج شده است. در ادامه با استخراج منحنی غیرخطی تغییر شکل اتصال برحسب بار وارده بر آن، میزان سختی اتصال محاسبه گردیده است. مشاهده گردیده است که فنرهای معادل اتصال تحت بارگذاری‌های مثبت و منفی رفتار متفاوت داشته و سختی معادل آن‌ها حالت دوخطی دارد. با طراحی و ساخت نمونه اتصال فلنجی تک‌پیچ، رفتار این اتصال به‌صورت آزمایشگاهی ارزیابی شده است. برای این منظور اتصال موردنظر تحت بارگذاری‌های خمشی و طولی قرار گرفته و رفتار تغییر شکل آن استخراج گردیده است. علاوه بر این مدل اجزاء محدود اتصال ایجاد و سپس نتایج تحلیلی ارائه شده در این پژوهش با نتایج آزمایشگاهی، اجزاء محدود و نتایج عددی پژوهش‌های پیشین مقایسه شده است. در نهایت با استفاده از مدل تحلیلی ارائه شده، اثر تغییر پارامترهایی نظیر پیش‌بار پیچ و ضخامت فلنج، روی میزان سختی اتصال مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Schwingshackl CW, Maio DD, Sever I, Green JS (2013) Modeling and validation of the nonlinear dynamic behavior of bolted flange joints. J Eng Gas Turb Power 135(12): 122504-122504.
[2] Law SS, Wu ZM, Chan SL (2004) Vibration control study of a suspension footbridge using hybrid slotted bolted connection elements. Eng Struct 26(1): 107-116.
[3] Benedetti M, Garofalo G, Zumpano M, Barboni R (2007) On the damping effect due to bolted junctions in space structures subjected to pyro-shock. Acta Astronaut 60(12): 947-956.
[4] Zapico-Valle JL, Abad-Blasco J, González-Martínez MP, Franco-Gimeno JM, García-Diéguez M (2012) Modelling and calibration of a beam-column joint based on modal data. Comput Struct 108-109(0): 31-41.
[5] Rezaee MS, Ghazavi MR, Jafari AA, Najafi A (2012) Stability of a system consisting of three -axis connected through Hooke's joints. Modares Mech Eng 12(6): 69-79. (in Persian)
[6] Iranzad M, Ahmadian H (2012) Identification of nonlinear bolted lap joint models. Comput Struct 96-97(0): 1-8.
[7] Lavassas I, Nikolaidis G, Zervas P, Efthimiou E, Doudoumis IN, Baniotopoulos CC (2003) Analysis and design of the prototypeof a steel 1-MW wind turbine tower. Eng Struct 25(8): 1097-1106.
[8] SY Lee, Ko KH, Lee J (2000) Analysis of dynamic characteristics of structural joints using stiffness influence coefficients. KSME Int J 14(12): 1319-1327.
[9] Agatonovic P (1985) Beam model of bolted flanged connections. Eng Computation 2(1): 21-29.
[10] Shi Y, Chan S, Wong Y (1996) Modeling for moment-rotation characteristics for end-plate connections. J Struct Eng-ASCE 122(11): 1300-1306.
[11] Semke WH, Bibel GD, Gurav SB, Webster AL, Jerath S (2002) Dynamic response of a pipe having bolted flange connection with a gasket. in ASME 2002 Engineering Tech. Conf. on Energy 675-681.
[12] Semke WH, Bibel GD, Jerath S, Gurav SB, Webster AL (2002) A dynamic investigation of piping systems with a bolted flange. in Proceeding of ASME 121-128.
[13] Semke WH, Bibel GD, Jerath S, Gurav SB, Webster AL (2006) Efficient dynamic structural response modelling of bolted flange piping systems. Int J Pres Ves Pip 83(10): 767-776.
[14] Luan Y, Guan ZQ, Cheng GD, Liu S (2012) A simplified nonlinear dynamic model for the analysis of pipe structures with bolted flange joints. J Sound Vib 331(2): 325-344.
[15] Mathan G, Prasad NS (2012) Study of dynamic response of piping system with gasketed flanged joints using finite element analysis. Int J Pres Ves Pip 89(0): 28-32.
[16] Wu Z, Nassar SA, Yang X (2014) Nonlinear deformation behavior of bolted flanges under tensile, torsional, and bending loads. J Press Vess-T ASME 136(6): 061201-061201.
[17] Ahmadian H, Jalali H (2007) Identification of bolted lap joints parameters in assembled structures. Mech Syst Signal Pr 21(2): 1041-1050.
[18] Jalali H, Ahmadian H, Mottershead JE (2007) Identification of nonlinear bolted lap-joint parameters by force-state mapping. Int J Solids Struct 44(25-26): 8087-8105.