Development of FE model to simulate the ultimate behavior of high-strength bolts subjected to bending and tension

开发有限元模型来模拟高强度螺栓在弯曲和拉伸作用下的极限行为

• 批准号: 22K14319
• 负责人: 杉本 悠真
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Iwate University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14319/
• 关键词: 高力ボルト; ねじ; DIC法; FEM; 引張接合; 終局挙動; FEM解析; デジタル画像相関法

本研究は曲げと引張を受ける高力ボルトの終局挙動を高精度に再現できるFEモデルを構築するものである．生産年齢人口の減少を受けて，建設工事の省力化が求められており，少ないボルト本数で組み立て可能な高力ボルト引張接合継手（以下，引張接合）はそのブレークスルー技術として注目されている．また計算機やFEMソフトの高性能化を背景に，この引張接合の性能検証にFEモデルが使用されることが多い．ここで，引張接合は高力ボルトねじ部の破断により終局が決まることが多く，高力ボルトねじ部のモデル化の違いが解析結果に与える影響は大きい．しかし，現在一般的に使用されているFEモデルにおいて，ねじ部のモデル化の妥当性については，実験的な検証ができていないのが現状である．そこで本研究では，特に課題となっている終局時における「曲げと引張を受けるねじ部の変形」や，「複数ボルト間での荷重分担機構」の現実のデータを取得するための実験手法を確立し，得られた実験データから高精度な高力ボルトねじ部のFEモデルを構築することを目的としている．1年目（2022年度）はねじ部の挙動を計測するための実験手法の構築に主に取り組んだ．ねじ部の変位とひずみ計測には，高解像度カメラを使用した3次元DIC法を適用する方針とし，ねじ部を撮影するための試験治具を製作した．また，カメラ・照明配置，ねじ部に塗布するトラッキング模様などの実験条件の違いが計測精度に与える影響についても検討し，高精度な高力ボルトねじ部の変位計測手法を確立した．実験手法の構築と並行して，高力ボルトねじ部のFEモデルの作成にも取り組んでおり，円筒ねじモデルや螺旋ねじモデルといったねじ形状の違いや，メッシュ種別，メッシュサイズの影響について比較検討を行った．結果，ねじ形状の違いがねじ部の伸びや最大主ひずみなどの解析結果に与える影響が大きいことを明らかにしている．

This study は qu げ と extension and を by け る colliers ボ ル ト の final 挙 dynamic を high-precision に reappearance で き る FE モ デ ル を build す る も の で あ る. Production years 齢 の population reduced を け て, construction of fortifications の ShengLiHua が o め ら れ て お り, less な い ボ ル ト book み made て で group may な colliers ボ ル ト extension and joint 継 hand (the following, extension and joint) は そ の ブ レ ー ク ス ル ー technology と し て attention さ れ て い る. ま た computer や FEM ソ フ ト の high-performance に を background, こ の extension and joint の performance 検 card に FE モ デ ル が use さ れ る こ と が い more. こ こ で, extension and joint は colliers ボ ル ト ね じ department の breaking に よ り final が definitely ま る こ と が く, colliers ボ ル ト ね じ department の モ デ ル change の violations い and analytical results に が え る は affected き い. し か し, now generally use に さ れ て い る FE モ デ ル に お い て, ね じ department の モ デ ル change の justice に つ い て は, be the 験 な 検 card が で き て い な い の が status quo で あ る. そ こ で this study で は, に subject と な っ て い る when final に お け る "qu げ と extension and を by け る ね の じ department -" や, "plural ボ ル ト between で の load sharing institutions" の now be の デ ー タ を obtain す る た め の be 験 し を established, Have ら れ た be 験 デ ー タ か ら high-precision な colliers ボ ル ト ね じ department の FE モ デ ル を build す る こ と を purpose と し て い る. In the first year (2022), the ねじ ねじ department of <s:1> 挙 motion を survey するため <s:1> experimental method <e:1> construction に main に set んだ. ね じ department の - a と ひ ず み measuring に は, high resolution カ メ ラ を use し た 3 dimensional を DIC method applicable す る policy と し, ね じ department を pinch of shadow す る た め の test fixture を making し た. ま た, カ メ ラ lighting configuration, ね じ department に coated す る ト ラ ッ キ ン グ die others な ど の be 験 conditions の violations い が に measuring precision and え る influence に つ い て も 検 for し, high-precision な colliers ボ ル ト ね じ department の - a measuring technique を establish し た. Be 験 gimmick の build と parallel し て, colliers ボ ル ト ね じ department の FE モ デ ル の made に も group take り ん で お り, has drifted back towards &yen; tube ね じ モ デ ル や spiral ね じ モ デ ル と い っ た ね じ shape の violations い や, メ ッ シ ュ kind, メ ッ シ ュ サ イ ズ の influence に つ い beg を line っ て compare 検 た. Shape as a result, ね じ の violations い が ね じ department の stretch び や maximum principal ひ ず み な ど and analytical results に の え る が affected き い こ と を Ming ら か に し て い る.

项目成果

引張を受ける高力ボルトのねじ部のFEモデル高精度化に向けた検討

提高高强螺栓受拉螺纹部分有限元模型精度的研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 菊池領真;杉本悠真;大西弘志
• 通讯作者: 大西弘志