Analysis of bolt joint using the finite element method

A numerical analysis of the initially clamped bolt joint subject to the working pressure is presented in the paper. Special, hexahedral 21- and 28-node isoparametric finite elements have been employed to model the contact zone. In this model, one takes into account loading due to the working pressure in the gap between the gasket and the flange arising as an effect of the progressing joint opening, what has not been considered in recent papers. Nonlinear stiffness characteristics of the bolt and the flange with the gasket are developed. Working pressure corresponding to the critical bolt force resulting in the joint leakage (complete opening between the gasket and the flange) is determined. FE computational results are compared with the available experimental results. The numerical results are presented using the authors' own graphical postprocessor.

W pracy przedstawiono numeryczną analizę połączenia kołnierzowego z uszczelką obciążonego zaciskiem wstępnym i ciśnieniem roboczym. W strefie kontaktu pomiędzy uszczelką a kołnierzem zastosowano specjalne przestrzenne 21- i 28-węzłowe izoparametryczne elementy skończone. W modelu obliczeniowym uwzględniono również obciążenie od ciśnienia roboczego panującego w szczelinie pomiędzy uszczelką a kołnierzem w wyniku postępującego otwarcia połączenia, co jest pewną nowością w porównaniu do najnowszych prac opublikowanych z tej tematyki. Sporządzono nieliniowe charakterystyki sztywnościowe śruby i kołnierza z uszczelką. Określono wartość ciśnienia roboczego odpowiadającego sile krytycznej w śrubie powodującego przeciek w połączeniu (całkowite otwarcie pomiędzy uszczelką a kołnierzem). Wyniki obliczeniowe MES porównano z dostępnymi wynikami doświadczalnymi. Wyniki numeryczne zilustrowano przy pomocy własnego postprocesora graficznego.