This paper presents results of the effect of different bolt tightening sequences and methods on the performance of gasketed bolted flange joint using nonlinear finite element analysis. Bolt preload scatter due to elastic interactions, flange stress variation and bolt bending due to flange rotation and gasket contact stress variation is difficult to eliminate in torque control method i.e. tightening one bolt at a time. Although stretch control method (tightening more than one bolt at time) eradicates the bolt preload scatter, flange stress variation is relatively high. Flange joint's performance is compared to establish relative merits and demerits of both the methods and different bolt tightening sequences.
현장에서 자주 사용하는 강관 플랜지이음은 고력볼트를 사용한 인장접합의 일종이다. 이 이음에 있어서 응력전달은 고력볼트를 조을때 얻어지는 재료간의 높은 압축력을 이용해서 행하여진다. 그리고 플랜지이음의 역학성상에 대해서 충분하게 해명되어 있지 않고 설계방법도 확립되어 있다고 말하기 어렵다. 이상의 문제점을 포함한 플랜지이음에 대해서 종국내력에 착안을 둔 설계법을 제안하고자 한다. 본 연구의 목적은 리브 붙은 고력볼트 강관 플랜지의 이음에 대한 설계방법을 세우기 위한 기초자료를 얻는데 있고 또한 리브나 링이 개입된 형식에 있어서 직경이 다른 강관 플랜지의 이음이 설계될 수 있는지 조사하는데 있다.
This paper presents and discusses the experimental results on the F10T high strength bolts used in the T-flange joint structure. The experimental works were carried out for the parameters which are flange web thickness, the distance between bolts, prying ratio. The results show that the working stress imposed to bolts decreases as the flange web thickness increases on the other hand the imposed stress to the bolts increases as the distance between two bolts increases. In other words the strength of the T-flange joint increased as the web flange thickness increases and the distance between two bolts decreases. The prying ratio is increased as the distance between two bolts increases and as the flange web thickness decreases However, the degree of stress decrease in flange thickness variation is not that high as the distance variation between two bolts. Finally the equation for predicting the failure stress in T-flange joint structure using F10T high strength bolts was suggested.
The composite beam connections often encountered fracture failure in the welded bottom flange joint, and a bottom flange bolted connection has been proposed to increase the deformation ability of the bottom flange joint. The seismic performance of the bottom flange bolted composite beam connection was suffered from both the composite action of concrete slab and the asymmetric load transfer mechanisms between top and bottom beam flange joints. Thus, this paper presents a comprehensive numerical study on the working mechanism of the bottom flange bolted composite beam connections. Three available modelling methods and a new modelling method on the flange-stud-slab interactions were compared. The efficient numerical modeling method was selected and then applied to the parametric study. The influence of the composite slab, the bottom flange bolts, the shear composite ratio and the web hole shape on the seismic performance of the bottom flange bolted composite beam connections were investigated. A hogging strength calculation method was then proposed based on numerical results.
During bolted flange assembly, the contact stiffness of some areas of the joint surface may be low due to the elastic interaction. In order to improve the contact stiffness at the lowest position of bolted flange, the correlation model between the initial bolt pre-tightening force and the contact stiffness of bolted flange is established in this paper. According to the stress distribution model of a single bolt, an assumption of uniform local contact stiffness of bolted flange is made. Moreover, the joint surface is divided into the compressive stress region and the elastic interaction region. Based on the fractal contact theory, the relationship model of contact stiffness and contact force of the joint surface is proposed. Considering the elastic interaction coefficient method, the correlation model of the initial bolt pre-tightening force and the contact stiffness of bolted flange is established. This model can be employed to reverse determine the tightening strategy of the bolt group according to working conditions. As a result, this provides a new idea for the digital design of tightening strategy of bolt group for contact stiffness of bolted flange. The tightening strategy of the bolted flange is optimized by using the correlation model of initial bolt pre-tightening force and the contact stiffness of bolted flange. After optimization, the average contact stiffness of the joint surface increased by 5%, and the minimum contact stiffness increased by 6%.
The flexible joint with bellows and flange is made by welding bellows and flange in general. The welded parts cause a crack or demage in the flexible joint due to continuous vibration and fatigue limit. This paper is concerned with development of flexible joint with non-welded, free rotation of flange and non-packing to improve fatigue failure condition between bellows and flange. The support box and support plate that are components of press part are designed to compress fore-end of bellows only without demage of bellows. The production system of flexible joint is designed with piston attached on the compression side. The simulation is performed using Deform 3D software. As the result of simulation, the shape of compressed bellows was most proper in the compression power of $157kg{\cdot}f$ and any deformation has not occurred at a part besides fore-end. The result show that the production possibility of the designed flexible joint.
Gaskets are usually used for the sealing of flange joints. The joint is usually composed of two flanges, a ring gasket and clamping bolts. The metal ring gasket is suitable for pipe flanges, pumps and valve joints in high temperature and high pressure environments. A very high surface stress is developed between a ring type joint gasket and the flange groove when the ring type joint is bolted up in a flange. The dimensions of flanges and ring joint gaskets for the pipe sizes that are in common use are specified in the ANSI codes. However, sometimes it is necessary to make a new design for the flange joint which is not specified in the codes, as the equipment is getting larger and larger in size. This paper presents the contact behavior of Class 600 ring joint gaskets with oval and octagonal cross sections. Five different sizes of gaskets are employed in the analysis, and one of them is newly designed on the basis of analysis results obtained from existing models. Three load steps are used to find the stress, stain and contact pressure etc., and to compare the contact characteristics among the models due to the bolt clamping force and the working surface pressure. ANSYS Workbench version15 is used to conduct the finite element analysis.
본 연구의 목적은 강관구조물에서 고력볼트로 인장접합되는 플랜지 이음의 거동을 연구하는데 목적이 있다. 9개의 플랜지 이음 실험체의 실험을 수행하였으며, 실험시 고력볼트의 변형율과 이음부의 변형율 그리고 변위를 측정하였다. 고력볼트의 변형율, 플랜지 사이에서 발생하는 지레반력 그리고 강관과 플랜지 판의 응력분포를 연구하였다. 원형강관 플랜지 이음 설계에 사용되는 기준식을 비교 분석하였다.
Vehicle body frame stiffness affects the dynamic and static characteristics. Vehicle frame structure performance is greatly affected by crossmember and joint design. While the structural characteristic of these joint vary widely, there is no known tool currently in use that quickly predicts joint stiffness early in design cycle. This paper present the joint design factors affecting on low frequency vibration. The joint factors are joint panel thickness, flange width and weld point space. To study the effect on vehicle low frequency vibration, case studies for these factors are performed. The result can present design guide for high-stiffness vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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