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ボルトねじ部の応力解析

概要

ボルト結合は、機械要素の結合方法として広く用いられています。ボルトねじ部は谷形状をしていることから、応力集中する箇所と知られています。従って、ボルト締結を有する構造物を設計する上で、ボルトねじ部に生じる応力、特に疲労強度の観点からは、構造物が実稼動状態にあるときの応力振幅を精度良く予測することが重要です。

この事例では、実稼動状態にある構造物のボルトねじ部に生じる応力振幅を接触や塑性といった非線形性、およびボルト軸力、ねじ山形状を考慮しつつ現実的な計算コストで予測する手法について紹介します。

本手法はサブモデリング解析(ズーミング解析)の概念を主軸に構成されていますが、その特徴として、大規模モデルを用いた全系の線形過渡応答解析から、着目部位に解析モデルをズーミングしつつ、接触や塑性といった非線形性を考慮した非線形構造解析へ解析手法を移行させていくことが挙げられます。

これにより、計算コストは抑えながら、実稼動状態にある構造物の変形状態を解析モデルで表現することが可能となりました。


bolt.png


ねじ部抜き出し詳細モデルにおいて、ボルト締結時(無負荷時)、最大荷重負荷時ともに、ボルト先端の応力は噛合い始め部に比べ低くなりますが、応力振幅はボルト先端が大きくなっていることが分かります。つまり疲労強度の観点からは、ボルト先端が不利な状態にあるといえます。

bolt_mises.png

 

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