English
Język Polski
Analiza numeryczna rozerwania blokowego w kątownikach połączonych jednym ramieniem
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2021.136473Abstrakt
Rozerwanie blokowe w połączeniach śrubowych następuje przez jednoczesne ścięcie przekroju netto wzdłuż kierunku obciążenia i rozerwanie przekroju netto w jego poprzek. Ocenia się, że jest ono miarodajne w wielu przypadkach przy wyznaczaniu nośności kątowników mocowanych jednym ramieniem przy użyciu śrub. Istnieje wiele badań doświadczalnych tego zjawiska, lecz liczba analiz numerycznych rozpatrujących tę formę zniszczenia nie jest duża. W niniejszej pracy zawarto opis modelu połączenia śrubowego, zbudowanego za pomocą MES, którego celem jest analiza rozerwania blokowego występującego w kątownikach. Model zawiera wszystkie elementy składowe połączenia, takie jak blacha węzłowa, kątownik, śruby z nakrętkami i podkładki. Uwzględnione jest zjawisko kontaktu, co pozwala właściwie odwzorować przekazywanie sił przez śruby podlegające dociskowi. Zastosowano sprężysto-plastyczny model materiału Gursona-Tvergaarda-Needlemana, który ujmuje proces niszczenia materiału. Taki model materiału pozwala na szacowanie obciążenia granicznego spowodowanego plastycznym jego pękaniem, z uwzględnieniem parametrów mikrostruktury oraz właściwości mechanicznych. Właściwości mechaniczne zastosowanej stali uzyskano z badań. Pozostałe parametry determinujące proces niszczenia zaczerpnięto z piśmiennictwa oraz procesu kalibracji modelu materiału. Własne badania doświadczalne połączeń kątowników mocowanych jedną, lub większą liczbą śrub (od 2 do 4), posłużyły także do walidacji zachowania całego połączenia. Walidacja została przeprowadzona na podstawie zarówno globalnego, jak i lokalnego zachowania połączenia.Bibliografia
1. E. Bernatowska, L. Ślęczka, “Net section fracture assessment of steel bolted joints with shear lag effect” MATEC Web of Conferences 262, 2019.
2. P. C. Birkemoe, M. I. Gilmor, “Behavior of Bearing Critical Double-Angle Beam Connections”, Engineering Journal, AISC, Vol. 15 (1978), pp. 109-115.
3. EN 1993-1-8:2005: Eurocode 3 - Design of steel structures - part 1-8: Design of joints. CEN, Brussels, 2005.
4. prEN 1993-1-8:2019: Eurocode 3 - Design of steel structures - part 1-8: Design of joints. CEN/TC250, 2019.
5. M. B. Helwe, S. N. El Kalash, E. G. Hantouche “Alternate block shear in beams: Experimental and FE fracture modeling”, Engineering Structures 186 (2019) 110-120.
6. J. Kim, J. Yoon, B. Kang, “Finite element analysis and modeling of structure with bolted joints”, Applied Mathematical Modelling 31: 895-911, 2007.
7. P. Kossakowski, “An analysis of the load-carrying capacity of elements subjected to complex stress states with a focus on the microstructural failure”. Archives of Civil and Mechanical Engineering 10: 15-39, 2010.
8. P. Kossakowski, “Analysis of the void volume fraction for S235JR steel at failure for low initial stress triaxiality”, Archives of Civil Engineering 64:101-115, 2018.
9. P. Kossakowski, „Application of damage mechanics in the analysis of pre-failure states of metal structures” (in Polish), Zeszyty Naukowe Politechniki Rzeszowskiej Budownictwo i Inżynieria Środowiska 59 (3/12/II): 177-184, 2012.
10. G. L. Kulak, E. Y. Wu, “Shear lag in bolted angle tension members”, Journal of Structural Engineering, vol. 123, pp. 1144-1152, 1997.
11. P. Može, “Angles connected by one leg in tension”, EUROSTEEL 2017, September 13-15, 2017, Copenhagen, Denmark.
12. H. L. N. Munter, L. P. Bouwman, “Report: 6-81-21: Angles connected by bolts in one leg, Comparison to French, Eurocode 3 and Dutch formulae with the results of French and Dutch tests”, Stevin Laboratory, Department of Civil Engineering, Delft University of Technology, November 1981.
13. E. L. Salih, L. Gardner, D. A. Nethercot, “Numerical investigation of net section failure in stainless steel bolted connections”, Journal of Constructional Steel Research, 66: 1455-1466, 2010.
14. H. H. Snijder, D. Ungermann, J. W. B. Stark, G. Sedlacek, F. S. K. Bijlaard, A. Hemmert-Halswick, "Evaluation of test results on bolted connections in order to obtain strength functions and suitable model factors - Part A: Results. Eurocode No.3 - Part 1 - Background documentation”, Commission of the European Communities, Brussels 1988.
15. H. H. Snijder, D. Ungermann, J. W. B. Stark, G. Sedlacek, F. S. K. Bijlaard, A. Hemmert-Halswick, "Evaluation of test results on bolted connections in order to obtain strength functions and suitable model factors - Part B: Evaluations." Eurocode No.3 - Part 1 - Background documentation, Commission of the European Communities, Brussels 1988.
16. C. Topkaya, “A finite element parametric study on block shear failure of steel tension members”, Journal of Constructional Steel Research 60: 1615-1635, 2004.
17. H. Wen, H. Mahmoud, “Simulation of block shear fracture in bolted connections”, Journal of Constructional Steel Research 134: 1-16, 2017.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
