Напряжения на шейке срывного болта

[Madhead 0]

Здравствуйте! Есть срывной болт из сплава Д16Т, из практики знаю что срывается такой болт при усилии 30-34 Нм, запускаю симуляцию, фиксирую болт по резьбовой части, добавлю вращающий момент на грани головки 20 Нм суммарный на все и получаю напряжения на шейке уже значительно превышающие предел текучести.. Может я что то не так делаю? или не до конца понимаю, подскажите пожалуйста 

 

 

Изменено 10 января 2019 пользователем Madhead

[averome 58]

Срыв болта не происходит сразу при достижения предела текучести, как правило срыв и прочее разрушение происходит при достижения временного сопротивления, если идеализировать сплошность сечения. Пластика показывает, то то что метал входит в пластику с образованием пластических деформаций... В линейно упругом расчете лучше брать за основу оценку по ГОСТ Р 34233.1-2017 или по критерию мизеса или по ASME сосудистой части.

Поэтому для упрощения, можно смотреть на максимальные напряжения, отбрасывая концентраты напряжений, и оценивать по критерию 3 *'['S']'<'=' Sсуммарное

Для того что бы увидеть картину близкую к реальности нужно проводить упруго пластический расчет.

Изменено 10 января 2019 пользователем averome

[soklakov 1 475]

В 10.01.2019 в 09:40, Madhead сказал:

Может я что то не так делаю?

к вышеуказанному стоит добавить, что когда на поверхности достигнут предел текучести, сечение еще не потекло полностью.

попробуйте почитать про термин "пластический шарнир". он, как правило, разбирается на изгибаемой балке, но  то же самое можно распространить на кручение стержня.

еще разок: при 20 Нм началось течение на поверхности. сорвет болт, когда потечет все течение (целиком, полностью).

[vik_q 138]

4 hours ago, soklakov said:

сорвет болт, когда потечет все течение (целиком, полностью).

там же головка физически отрывается. Не потечет, а предел прочности будет достигнут. Или это хрупкий сплав?

[soklakov 1 475]

1 час назад, vik_q сказал:

Не потечет, а предел прочности будет достигнут. Или это хрупкий сплав?

чуть сложнее. не хотелось вдаваться в подробности сразу. а  так - когда есть с кем обсудить - веселее.

конечно, после предела текучести еще какое-то время будем грузиться до предела прочности. и поскольку это болт, то скорее всего выполнен из легированной стали и имеет значительную разницу между этими двумя числами.

 

но давайте в первом приближении представим, что материал деформируется по Прандтлю - без упрочнения. заметим, что такой материал менее прочный, чем исходный. и вот для него все рассуждения про пластический шарнир применяются довольно хорошо. после достижения предела текучести в точке, напряжения в ней перестают расти, а начинают "перераспределяться" к соседям. что здесь важно: даже несмотря на то, что материал не имеет упрочнения, достижение предела текучести ( а он в этом случае равен пределу прочности) еще не означает, что болту хана. и это первая часть объяснения, почему болт не ломается при 20 Нм.

 

по факту же наш материал с упрочнением. а значит вместо выделенного выше жирным "перестают", будет стоять "продолжают", но не так быстро как раньше ( с касательным модулем пластичности, а не с модулем упругости). и это вторая часть объяснения, почему не рвется болт при 20 Нм. при этом история про "перераспределение" напряжений по-прежнему имеет место быть (первая часть).

 

а мысль к обсуждению - какая из двух частей важнее?

 

чем больше разница между пределом прочности и пределом текучести, тем важнее вторая часть, так сказать, больше ее вклад. но в конечном счете я бы поставил на первую)

 

что же касается хрупких сплавов, то там о пределе текучести говорить не принято. и первой части там нет. да и второй тоже. там как раз напряжения в точке, равные пределу прочности, пускают трещину.

но мне кажется, что болт пластичный.

[vik_q 138]

4 hours ago, soklakov said:

но давайте в первом приближении представим, что материал деформируется по Прандтлю - без упрочнения.

тогда все равно болт срывает при достижении предела текучести. Фибровые волокна выключаются из восприятия нагрузки, площадь сечения болта редуцируется, и предел текучести достигается в следующем после внешнего участка кольце (на сечении болта). Процесс повторяется, пока сечение болта не кончится. И все это при одном значении нагрузки. Вот когда диаграмма с упрочнением, тогда да.

Изменено 11 января 2019 пользователем vik_q

[karachun 2 038]

19 часов назад, vik_q сказал:

Фибровые волокна выключаются из восприятия дополнительной нагрузки

Это же еще не разрушение, в потекшем материале есть напряжения равные сигма_т, а вот момент который приложен после начала текучести будет восприниматься уже внутренними волокнами.

[vik_q 138]

хм.. точно, затупил. Спасибо.

[soklakov 1 475]

В 11.01.2019 в 22:33, vik_q сказал:

И все это при одном значении нагрузки.

неа.

[Madhead 0]

Спасибо всем отписавшимся) хоть начал немного понимать теоретическую составляющую процесса.
Тем временем провел несколько практических замеров с динамометрическим ключом, деформация начинается примерно с 18 Нм, но небольшая, после 22 Нм уже значительно и вплоть до срыва 32 Нм, угол поворота составил примерно 45 градусов.
В Solidworks добавил в модель пластичность, теперь на 15 Нм значения выглядят адекватно. Решил одну проблему, получил другую - теперь при увеличении момента симуляция не расчитыватся до конца, пишет что деформации слишком большие для пластичной модели)

[vik_q 138]

20 hours ago, soklakov said:

неа.

да. Уже понял. Меня смутило, что при постоянном значении напряжений та часть, где напряжения больше предела текучести, теоретически имеет бесконечные перемещения. 

2 hours ago, Madhead said:

Решил одну проблему, получил другую - теперь при увеличении момента симуляция не расчитыватся до конца, пишет что деформации слишком большие для пластичной модели)

там еще можно поколдовать, но надо четко представлять зачем. Большую пластику в солиде считать сложно, а разрушение невозможно моделировать в принципе. 

[soklakov 1 475]

2 часа назад, vik_q сказал:

Меня смутило, что при постоянном значении напряжений та часть, где напряжения больше предела текучести, теоретически имеет бесконечные перемещения. 

это в точке. сработает для однородного одноосного НДС. а такое НДС существует разве что в образцах.

примерно по той же причине, которую мы обсуждаем, можно иногда встретить фразу "мембранные напряжения опаснее изгибных".

5 часов назад, Madhead сказал:

теперь при увеличении момента симуляция не расчитыватся до конца

в первом приближении: докуда досчиталась - там и поломалась. (только, пожалуйста, не обобщайте это утверждение на другую геометрию или задачу).

[vik_q 138]

16 hours ago, soklakov said:

в первом приближении: докуда досчиталась - там и поломалась.

это наврятли. Думаю там даже большие деформации не включались. Судя по картинке - там даже расчет линейный был в самом начале. Вот когда и галочки везде нажали, и шаг помельчить попробовали - тогда да.

 

16 hours ago, soklakov said:

это в точке. сработает для однородного одноосного НДС. а такое НДС существует разве что в образцах.

ну после смелого предположения о поведении материала без упрочнения, предположить что при откручивании головки болта напряжения ограничились касательными в сечении будет примерно так же правильно. (я в целом все еще в рамках задачи про откручивание болта). Мне кажется, если нормальные ведут себя по Прандтлю, то и касательные должны.

[soklakov 1 475]

В 16.01.2019 в 10:32, vik_q сказал:

ну после смелого предположения о поведении материала без упрочнения

для нелегированных сталей оно не смелое, а близкое к правде и консервативное. потому как за площадку текучести особо выходить и не приходится.

В 16.01.2019 в 10:32, vik_q сказал:

при откручивании головки болта напряжения ограничились касательными в сечении будет примерно так же правильно. (я в целом все еще в рамках задачи про откручивание болта). Мне кажется, если нормальные ведут себя по Прандтлю, то и касательные должны.

да, касательные тоже по Прандтлю, вон там выше картинка (id 7). но суть истории про пластический шарнир в том, что НДС неоднородное. в однородном НДС конец наступает сразу, а в неоднородном есть запас между расчетом по допускаемым напряжениям и предельным состоянием. даже для материала по Прандтлю.

В 16.01.2019 в 10:32, vik_q сказал:

Думаю там даже большие деформации не включались.

вероятно. и да, это, конечно, лучше сделать. но хотя бы пластика есть (было указано ТС). и то хлеб)

[vik_q 138]

13 minutes ago, soklakov said:

но суть истории про пластический шарнир в том, что НДС неоднородное. в однородном НДС конец наступает сразу, а в неоднородном есть запас между расчетом по допускаемым напряжениям и предельным состоянием. даже для материала по Прандтлю.

да. всячески поддерживаю :)