تأثیر شل شدگی اتصالات پیچ و مهره بر مشخصه‌های ارتعاشی ورق‌های مونتاژ شده: مطالعه آزمایشگاهی و المان محدود
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی ، صفحه 1-8 (8)
کد مقاله : 1063-ISAV2022 (R5)
نویسندگان
1شرکت مجتمع گاز پارس جنوبی
2دانشکذه مهندسی مکانیک -دانشگاه ازاد شیراز
3داشگاه ازاد شیراز
4تهران -دانشکده مکانیک دانشگاه علم و صنعت
چکیده
در این پژوهش مشخصه‌های ارتعاشی یک نوع اتصال پیچی مربوط به محل اتصال تک لبه دو ورق آلومینیومی، به صورت تئوری و المان محدود مطالعه شده است. برای مدل‌سازی المان محدود از نرم‌افزار آباکوس استفاده شده است. به منظور ارائه مدلی واقع‌بینانه‌تر از شبیه‌سازی دینامیکی اتصالات پیچی، سطح تماس در سطوح مشترک دو ورق با استفاده از المان‌های الاستیک-پلاستیک غیرخطی برخورد با ضخامت صفر شبیه‌سازی شده است. سپس یک مدل آزمایشگاهی از این سازه ساخته شده و فرکانس‌های طبیعی آن به ازای مقادیر مختلف گشتاور اعمالی به پیچ‌ها استخراج گردید. پس از بروزرسانی مدل المان محدود، تأثیر نیروی پیش‌بار پیچ‌ها و ایجاد لقی در آنها بر تابع پاسخ فرکانسی و مشخصه‌های ارتعاشی سیگنال پاسخ شامل فرکانس‌های طبیعی، پارامتر انرژی، کورتوسیس و انحراف معیار مورد مطالعه قرار گرفت. نتایج نشان می‌دهد که مدل اندرکنش در نظر گرفته شده با قابلیت اطمینان بالایی می‌تواند جهت شبیه‌سازی المان محدود این نوع اتصالات بکار گرفته شود. علاوه بر این، پس از بررسی داده‌ها این نتیجه‌گیری انجام شد که برای عیب شل‌شدگی پیچ‌ها، پردازش‌ها در حوزه‌ی زمان و استفاده از پارامترهای انرژی سیگنال، انحراف معیار و کورتوسیس سیگنال‌های ارتعاشی نسبت به فرکانس‌های طبیعی بهتر می‌توانند این عیوب را شناسایی کنند.
کلیدواژه ها
موضوعات
Title
Bolted Joints Self-Loosening Effects on Vibration Characteristics of Assembled Plates: A Laboratory and Finite Element Analysis
Authors
Abouzar pirdayr, mehrdad mohammadi, mohammad javad kazemzadeh parsi, Majid Rajabi
Abstract
In this research, the vibration characteristics of bolt single-lap joint of two aluminum plates are investigated in both experimental and finite element methods. The finite element results are obtained using the nonlinear steady-state dynamic analysis via ABAQUS software. To present a more realistic finite element model for dynamic simulation of bolted joints, the interaction surface at interfaces of the two plates is simulated utilizing nonlinear elastic-plastic contact elements with zero thickness. A laboratory model of this structure is constructed, and its natural frequencies are extracted for various amounts of applied torque on bolts. Afterwards, the finite element model is updated using the direct method and the effectiveness of the finite element model is evaluated by actual experimental data. After model updating, the effect of bolt preloads on the frequency response function and vibration characteristics of the response signal, including natural frequencies, energy parameter, kurtosis and standard deviation are investigated. The results indicated that there is acceptable compatibility between the results of the finite element model and the experimental tests. Additionally, it can be concluded that for the bolt loosening defects identification, processes in the time domain, and application of energy-based signal parameters, standard deviation, and kurtosis of the vibration signals are more appropriate rather than natural frequencies analysis.
Keywords
Bolted joint vibrations, surface interactions, finite element analysis, model updating
مراجع
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[1] Du, F., C. Xu, H. Ren, C. Yan, Structural Health Monitoring of Bolted Joints Using Guided Waves: A Review. Structural Health Monitoring from Sensing to Processing: (2018). pp. 163.</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[2] He, K., W. Zhu, Finite element modeling of structures with L-shaped beams and bolted joints. Journal of vibration and acoustics, 133(1 ) :( .(٢٠١١</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[3] Langer, P., K. Sepahvand, C. Guist, S. Marburg, Finite element modeling for structural dynamic analysis of bolted joints under uncertainty. Procedia engineering, 199: (2017). pp. 95 ٤ .٩٥٩-</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[4] Sharos, P., C. McCarthy, Novel finite element for near real-time design decisions in multi-fastener composite bolted joints under various loading rates. Composite Structures, 240: (2020). pp. 112005.</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[5] Omar, R., M.A. Rani, M. Yunus, W.W.I. Mirza, M.M. Zin. Investigation into Joint Stiffness for Finite Element Modelling of the Dynamic Behaviour of a Structure with Bolted Joints. in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. IOP Publishing.</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[6] Chi, X., D. Di Maio, N.A. Lieven, Health monitoring of bolted joints using modal-based vibrothermography. SN Applied Sciences, 2(8): (2020). pp. 1-22.</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[7] Liao, X., J. Zhang, X. Xu, C. Zhang, Dynamic response analysis in bolted joint structure with viscoelastic layer and experimental investigations. Journal of Vibroengineering, 19(3): (2017). pp. 1585-1596.</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[8] Brøns, M., T.A. Kasper, G. Chauda, S.W. Klaassen, C.W. Schwingshackl, M.R. Brake, Experimental investigation of local dynamics in a bolted lap joint using digital image correlation. Journal of Vibration and Acoustics, 142(5 ) :( .(٢٠٢٠</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[9] Ahmadian, H., H. Jalali, Identification of bolted lap joints parameters in assembled structures. Mechanical Systems and Signal Processing, 21(2): (2007). pp. 1041-1050.</p>
<p style="text-align: left;" dir="ltr">[10] Ouyang, H., M. Oldfield, J. Mottershead ,Experimental and theoretical studies of a bolted joint excited by a torsional dynamic load. International Journal of Mechanical Sciences, 48(12): (2006). pp. 1447-1455.</p>