Mil birleşimlerinin enine yük altindaki davranişi

Abstract

Mil birleşimleri genellikle eleman veya birleşim eksenine paralel yükler için tasarlanmaktadır. Buna göre, yapı standartlarında mil birleşimleri için verilen tasarım kuralları esas olarak bu durumu dikkate alır. Bu tezde, parametrik sonlu eleman modelleri kullanılarak mil birleşimlerinin enine yük altındaki davranışı araştırılıp, mil-delik çap oranı, deliğin eksenel yöndeki dışmerkezliği ve milin eğilme etkileri incelenmiştir. Mil ve plaka arasındaki temas etkileşimi, yüz yüze penaltı temas formülasyonu ile modellenmiştir. Mil ile plaka arasındaki temasın sürtünmesiz olduğu varsayılmıştır. Modellerin doğruluğu, ağ duyarlılığı analizleri ve Hertz'in uyumlu olmayan silindirik yüzeylerin teması için ve Persson'ın uyumlu silindirik temaslar için geliştirdiği analitik çözümlerle karşılaştırılarak kontrol edilmiştir. Bu çalışmada yapılan analizlerin sonuçları, mil-delik çap oranı ve milin eğilme parametrelerinin enine yük altında olan mil bağlantılarındaki gerilme konsantrasyonu üzerinde önemli etkileri olabileceğini, deliğin eksenel yöndeki dışmerkezliğinin ise sınırlı bir etkisi olduğunu göstermiştir. İki boyutlu modeller, ön değerlendirme ve model doğrulamada yararlı olsa da, bazı durumlarda önemli olabilecek kalınlık boyu etkileri göz ardı ederler; bu nedenle, üç boyutlu modeller mil bağlantılarındaki gerilim dağılımının daha doğru temsilini sağlamaktadırlar. Yapılan analizler ayrıca, hem Hertz hem de Persson'ın analitik çözümlerinin mil eğilme etkisinin olmadığı durumlarda daha küçük temas açıları için makul sonuçlar verdiğini, ama daha büyük temas açılarında Hertz'in çözümünün sonlu elemanlar çözümünden uzaklaştığını göstermiştir.

Pin connections are typically designed for longitudinal loads along the axis of the member or connection. Accordingly, design provisions for the pin connections primarily consider this case in structural standards. In this thesis, the behavior of pin connections under transverse load is investigated by analyzing parametric finite element models and studying the effects of pin-to-hole diameter ratio, eccentricity of hole (in axial direction), and extension of pin (beyond the connection plate). The contact interaction between the pin and the plate is modeled by face-to-face penalty contact formulation with linear pressure-overclosure relationship. The contact between the pin and plate is assumed to be frictionless. The accuracy of models are checked via mesh sensitivity analyses and comparison to analytical solutions given by Hertz for non-conformal cylindrical contacts and by Persson for conformal cylindrical contact. The results of analyses performed in this study has shown that pin-to-hole ratio and bending of pin can have significant effects on stress concentration in pin connections under transverse load while axial eccentricity of plate hole has a limited effect. Although two-dimensional models are useful in preliminary assessment and model verification, they ignore the through-thickness effects that may be significant in some cases; therefore, three-dimensional models provide more accurate representation of stress distribution in pin connections. The analyses have also confirmed that the analytical solutions of both Hertz and Persson gave reasonable results for smaller contact angles when pin bending effect is not present while Hertz's solution deviates significantly from the results of finite element models with neat-fit pin having a more conformal contact surface with larger contact angles.