بررسي تجربي و شبيه سازي عددي رفتار خستگي نمونه‌هاي داراي تداخل تحت نيروي فشاري پيچ و مهره

Experimental investigation and numerical simulation of the fatigue behavior of interference fitted specimens subjected to bolt clamping force

فرآيند تداخل يك تكنيك مؤثر براي بهبود عمر خستگي اتصالات مي‌باشد و بصورت گسترده در صنايع مختلف به ويژه هوا - فضا و صنايع خودروسازي براي افزايش عمر خستگي اتصالات مورد استفاده قرار مي‌گيرد. بيشتر مطالعات انجام گرفته شده در زمينه تداخل بر روي ورق‌هاي سوراخ باز انجام شده‌اند. اين در حالي است كه تداخل در عمل براي اتصالات پيچي هم به كار مي‌رود كه رفتار متفاوتي در مقايسه با اتصالات با سوراخ باز دارند. اهميت اين پژوهش در گسترش دادن به معلومات موجود در زمينه اتصالات تحت تداخل به مرحله‌ي پس از بستن پيچ و مهره مي‌باشد در اين مقاله تحقيق جامعي بر روي تأثير تداخل توأم با پيش‌بار اتصال پيچ و مهره بر عمر خستگي ورق سوراخ‌دار بصورت تجربي و عددي انجام شده است. آزمايش‌هاي خستگي بر روي آلياژ آلومينيم 7075-T6 انجام شده است و نمودار تنش-عمر براي نمونه‌ها به دست آمده است. توزيع تنش و كرنش اطراف سوراخ نمونه‌هاي داراي تداخل و پيش‌بار حين اعمال بار ديناميكي طولي با استفاده از يك مدل المان محدود سه بعدي در نرم‌افزار انسيس تحليل شده است. نتايج به دست از مدل المان محدود براي توجيه مشاهدات تجربي استفاده شده است. توزيع ‌پيش‌تنش ناشي از تداخل و باز توزيع آن پس از اعمال نيروي فشاري به دست آمده است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه اعمال نيروي فشاري پيچ و مهره بر روي نمونه‌هاي داراي تداخل باعث افزايش عمر خستگي نمونه‌ها شده است. بيشترين بهبود عمر در نمونه‌هاي تحت پيش‌بار 3409 و 6818 نيوتن بترتيب 2.5 و 7 برابر نمونه‌هاي تداخل مي‌باشد.

Interference fit process, as a popular method, is used in aerospace and automotive industries. General investigation of interference fit has been conducted on plain hole extensively. Nevertheless, interference fitted holes are practically subjected to bolt clamping force which may have different fatigue behavior than the plain hole. The objective of the present study is to extend the present knowledge about the fatigue behavior of interference fitted holes by investigating the subsequent bolt clamping force effect based on the experimental and numerical results. In this paper, Al-alloy 7075-T6 is utilized for fatigue test specimens. In relation to fatigue tests, three dimensional finite element analyses were used to explain the experimental results. By using finite element method, the interference fit process; bolt clamping and subsequent remote cyclic loading were simulated. The fatigue critical stresses on bolt clamped interference fitted (BIF) samples were compared with the corresponding stresses for interference fitted samples. The pre-stress distribution due to interference fitted hole, and its redistribution after bolt clamping force and its interaction with remote loading were estimated The fatigue test results demonstrate that bolt clamping force applied on the interference fit plays a positive role on fatigue behavior and prolongs the fatigue life. The biggest life improvement for bolt preloads of 3409 and 6818 N is 2.5 and 7 times compared to the only interference fitted specimens, respectively.