Дослідження впливу пружніх характеристик армованого композиційного матеріалу на міцність гвинтового з’єднання з круглою різьбою

Abstract

З метою дослідження впливу пружніх характеристик армованого композиційного матеріалу на міцність роз’ємного гвинтового з’єднання з круглою різьбою, був проведений комплекс експериментів із його визначення. Оскільки, запропонована авторами в попередніх наукових працях скінченно-елементна імітаційна модель роз’ємного гвинтового з’єднання з круглою різьбою, була підтверджена експериментальним дослідженням, було вирішено використати її, для дослідження впливу пружніх характеристик армованого композиту на міцність представленого гвинтового з’єднання з круглою різьбою. Дослідження проводилося із використанням імітаційної моделі гвинтового з’єднання в системі скінчено елементного аналізу LS-DYNA. В нашому випадку армований матеріал вважався – односпрямованим ортотропним матеріалом, для якого згідно з розрахунковими залежностями С. М. Верещаки, найбільший вплив на пружні характеристики має параметр ψ1 – відносна площа арматури в площині перерізу в поздовжньому напрямку. Саме її було вирішено змінювати в дозволених межах, щоб отримати дані про вплив пружніх характеристик на міцність гвинтового з’єднання в армованому композиті. Основні параметри гвинтового з’єднання для проведення дослідження вибирали за конкретною схемою, яка підходить для повного факторного експерименту за класичною схемою його виконання. У нашому випадку побудова матриці повного факторного експерименту була реалізована на двох рівнях за трьома факторами. Таким чином була реалізована матриця типу 23. У зазначеному дослідженні глибина профілю різьби t змінювалася в межах 0,5 ≤ t ≤ 1,0, крок різьби p – у межах 1,0 ≤ p ≤ 4,0, а параметр ψ1 – в межах 0,1 ≤ ψ1 ≤ 0,7. В результаті проведеного в роботі дослідження отримали, що максимальні показники міцності будуть для гвинтового з’єднання з такими основними геометричними параметрами: значення кроку - р = 4 мм, а значення глибини профілю різьби - t = 0,8 мм, значення відносного об’ємного вмісту арматури шару в поздовжньому напрямку - ψ1=0,7. Значення максимальної сили яку витримає з’єднання із основними параметрами зазначеними вище, складатиме Rmax= 22,5 кН.

A series of experiments was conducted in order to investigate the influence of the elastic characteristics of the reinforced composite material on the strength of the detachable rope threaded joint. Since the finite element simulation model of the detachable rope threaded joint was confirmed by an experimental study, it was decided to use it to investigate the influence of the elastic characteristics of the reinforced composite on strength of the presented detachable rope threaded joint. The study is conducted using a simulation model of the threaded joint using a finite element analysis system LS-DYNA. The fibre reinforced material is considered to be a unidirectional orthotropic material, for which according to the calculated by Vereshchaka S. dependencies the greatest influence on the elastic characteristics of which has a parameter ψ1. It is the fiber area ratio in the cross-sectional plane along the longitudinal direction. This parameter is varied within the permitted limits to obtain data on the effect of elastic characteristics on the strength of the threaded joint in the reinforced composite. The basic parameters of the threaded joint are chosen according to a specific scheme, which is suitable for a full factorial experiment according to the classical execution scheme. The construction of the matrix of the full factor experiment is implemented at two levels by three factors. Thus, the type 23 matrix was implemented. The thread depth t is varied within 0.5 ≤ t ≤ 1.0, the thread pitch p – within 1.0 ≤ p ≤ 4.0 and parameter ψ1 - within 0.1 ≤ ψ1 ≤ 0.7. As a result of the study, it has been obtained that the maximum strength is for a threaded joint with the following basic geometric parameters: the thread pitch p = 4 mm, and the thread depth of the profile t = 0.8 mm, the value of the relative volumetric content of the reinforcement in the longitudinal layer direction ψ1 = 0.7. So that the maximum force, which joint can withstand, is up to Rmax = 22.5 kN.