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스플라인결합 조인트의 볼트 예하중에 대한 유한요소 해석
FEM Analysis of the Spline Joint with Bolt Pre-load 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.28 no.11, 2011년, pp.1316 - 1322  

탁승민 (경상대학교 기계공학과) ,  강민규 (경상대학교 기계공학과) ,  박동진 (경상대학교 기계공학과) ,  이석순 (경상대학교 기계공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Most of the mechanical structures use bolting or spot welding for the whole structure. In recent years, bolting & rivets are used rather than the welding due to reassembly and repair. Analysis of bolted joints is so complicate that many conditions must be considered such as pre-load and contact, etc...

주제어

#볼트 예하중   #볼트 결합부   #유한요소법  

AI 본문요약
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문제 정의

  • ABAQUS 는 볼트 결합부의 해석을 돕는 Prescribed Assembly Load 를 지원하고 있고 이를 이용하여 외력과 예하중을 가하였다. 본 논문에서는 예하중에 따른 볼트 결합부의 접촉 면적과 응력 분포 변화를 알아보고 이에 따라 체결되는 볼트의 적정 예하중을 찾는 것이다.

가설 설정

  • 응력분포를 자세하게 관찰하기 위해 스플라인 결합부의 해석에 3 차원 솔리드(solid) 요소들을 사용하여 모멘트 팔과 축을 구성하고, 볼트의 예하중을 인가하기 위해 볼트 예하중(Bolt pre-load)을 볼트의 단면적에 50N ~ 2000N 까지 50N 간격으로 가하였다. 볼트 헤드(Bolt head)와 와셔(Washer), 와셔와 모멘트 팔 사이의 마찰계수는 0.3 으로 가정하였으며 각각의 모델의 물성치를 Table 1 과 같이 적용하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
최근 기계구조물 결합 시 용접보다 볼트 또는 리벳을 이용하여 조인트를 구성하는 경향이 늘어난 이유는? 대부분의 기계 구조물은 볼팅, 점용접 등의 방법으로 여러 부분 구조를 결합하여 전체 구조를 형성하게 된다. 최근에는 꼭 용접이 요구되는 경우가 아니라면 조립성, 보수성 등의 이유로 용접에 의한 결합보다는 볼트 또는 리벳을 이용하여 조인트를 구성하는 경향으로 변화하는 추세이다. 볼트 결합부에 대한 해석은 해석기법의 차이에 따라 그 오차가 심하고 실제 실험과 같은 결과를 얻기 위해서는 많은 사항들을 고려해 주어야 하기 때문에 아주 복잡한 것이 사실이다.
볼트 결합부 거동 해석시 3 차원의 볼트 결합부 와 스플라인 형상을 상세하게 모델링 해야하는 이유는? 볼트 결합부의 정확한 거동을 해석하기 위해서는 3 차원의 볼트 결합부 와 스플라인 형상을 상세하게 모델링 해야 하는데, 이는 볼트 머리-와셔, 와셔-모멘트팔, 모멘트팔-축의 3 군데의 접촉면을 따라 쿨롱(Coulomb)마찰력을 포함한 접촉력을 고려하기 위함이다. 접촉 요소는 접촉 상태에 따라 접촉 면적이 변하고 또한 인접 요소에 작용하는 작용력이 달라지는 비선형 거동을 하기 때문에, 이를 제대로 모델링하기 매우 어렵다.
본 연구가 진행한 스플라인으로 결합되는 구조물에서 예하중에 따른 접촉 면접과 응력 변화를 알아보고 적정 예하중을 결정하기 위한 해석 결과, 어떤 결론을 얻었는가? 1) 일정한 하중일 때 예하중이 증가함에 따라 축과 모멘트팔의 응력분포가 넓은 범위에 걸쳐 나타나고 응력도 점차 감소한다. 2) 적절한 예하중을 가하게 되면 스플라인부의 충분한 접촉이 이루어져 넓은 범위에 걸쳐 힘의 전달이 가능하므로 스플라인부의 응력 감소 효과가 있다. 3) 250N 이하의 예하중은 볼트헤드와 와셔사이에 슬립이 발생하여 볼트헤드 모서리부에 접촉압력이 집중적으로 나타나며 응력이 급격히 상승하는 결과가 나타났다. 하지만 그 이상의 예하중을 가하면 슬립이 발생하지 않고 응력이 낮아진다. 3) 일정한 예하중 이상으로 체결하면 응력이 더이상 감소하지 않는다. 이는 예하중으로 충분히 접촉하고 있는 상태에서는 더 이상의 예하중 증가는 의미가 없으며, 오히려 응력이 조금씩 상승하게 된다. 4) 형상과 하중에 따라 다르지만 스플라인형태로 결합된 조인트 부는 예하중을 가하여 충분히 접촉하도록 하여야 하며, 과도한 예하중은 접촉 면적의 증가는 없고, 예하중으로 인해 응력을 상승시키므로 적정 예하중을 부과해야 한다. 5) 본 문제에서는 안전율 3 을 만족하는 응력 분포를 보이는 예하중의 범위는 약 550N ~ 950N 이다.
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참고문헌 (15)

  1. Nikolaidis, E. and Lee, K. J., "A 3-D joint model for automotive structures," SAE transactions, Vol. 101, No. 6, pp. 1220-1232, 1992. 

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  2. Joseph, E. S. and Charles, R. M., "Mechanical engineering Design 5th Edition," McGraw-Hill Classic Reissue, pp. 338-340, 2002. 

  3. Ko, K., Mckay, M. L. and Lehnhoff, T. F., "Member Stiffness and contact pressure distribution of bolted joints," Journal of Mechanical Design, Vol. 116, No. 2, pp. 550-557, 1994. 

    상세보기

  4. Kim, K. Y. and Cho, C., "Stress analysis of bolted joint by the finite element method," Proceeding of the Korean Society of Automotive Engineers Autumn Conference, Vol. 2, pp. 1025-1030, 1997. 

  5. Kim, J. G., Park, S. S., Kim, Y. Y., Choi, S. H. and Kim, B. K., "Finite element modeling and experimental verification of the structures with bolted joints," Journal of the KSAE, Vol. 20, No. 6, pp. 1854-1861, 1996. 

  6. Yoon, J. C., Kang, B. S., and Kim, J., "A Study on Finite Element Modeling of the Structure with Bolted Joints," Journal of KSPE, Vol. 20, No. 8, pp. 205-212, 2003. 

  7. Baek, S. N., Jee, T. H. and Park, Y. P., "Dynamic parameter analysis of bolted joint," Transaction of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 20, No. 1, pp. 53-67, 1996. 

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  8. Kwon, Y. D., Goo, N. S., Kim, S. Y. and Cho, M. H., "Finite element modeling for static and dynamic analysis of structures with bolted joint," Transaction of the Korean Society of Mechanical Engineers A, Vol. 26, No. 4, pp. 667-676, 2002. 

    원문보기 상세보기

  9. Lee, J. H., Ha, T. H., Kim, D. S. and Lee, C. H., "Study on stiffness of bolt joints according to preload," Proceeding of the Korea Society of Mechanical Engineers Autumn Conference, pp. 559- 560, 2009. 

  10. Song, J. H., Kim, J. K., Kang, H. Y. and Yang, S. M., "Estimation of contact stress distribution factor in bolt joint with variable fastening torque," Journal of the Korean society of Machine Tool Engineers, Vol. 8, No. 2, pp. 73-79, 1999. 

  11. Lee, S. S., Hwang, Y. J. and Kim, H. J., "CATIA V5 Basic," Kyobobook, pp. 79-140, 2009. 

  12. ABAQUS, "ABAQUS analysis User's Manual," pp. (15-1)-(15-20), 2006. 

  13. Altair Engineering, "Hypermesh 9.0 tutorial," pp. 75-82, 2009. 

  14. Lee, B. Y., "Three-Dimensional Contact Stress Analysis for Structural Design of Bolted Joint Assembly of Pressure Vessels in Nuclear Power Plants," Journal of the KSPE, Vol. 16, No. 4, pp. 122- 128, 1999. 

  15. Hong, J. P., "Mechanical design theory and reality fifth edition," kyobobook, p. 388, 2008. 

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