Złącza kołkowe - Wewnętrzna reprezentacja

SOLIDWORKS Simulation reprezentuje złącze kołkowe wewnętrznie jako belkę z określoną sztywnością osiową lub obrotową. Każdy węzeł końcowy belki znajduje się na centroidzie połączonej ściany cylindrycznej (lub krawędzi skorupy).

W przypadku połączenia sztywnego elementy sztywnego pręta łączą węzły końca belki z węzłami ściany cylindrycznej. Wszystkie ściany połączone z kołkiem pozostają współosiowe pod obciążeniem i zachowują swój pierwotny kształt. Ściany cylindryczne mogą się przemieszczać jako sztywne obiekty względem siebie w zależności od cech charakterystycznych sztywności osiowej i obrotowej złącza kołkowego. Ze względu na wprowadzenie sztywnych obszarów można zaobserwować obszary punktów aktywnych naprężeń w pobliżu złącza kołkowego. Punkty aktywnych naprężeń zanikają stopniowo, aż znikają w obszarach w odległości około jednej średnicy od ścian cylindrycznych.

Tylko w przypadku badań liniowych statycznych można wybrać wyrażenie rozprowadzonego połączenia dla złącz kołkowych. Rozprowadzone połączenie ogranicza ruch węzłów połączonych ścian cylindrycznych (węzłów łączących) do translacji i obrotu węzła końca belki (węzła odniesienia) w sensie przeciętnej. Połączenie rozprowadzone pozwala na przemieszczanie węzłów łączących ściany cylindrycznej względem siebie. Typ rozprowadzonego połączenia zapewnia bardziej realistyczne pola naprężenia i przemieszczenia w pobliżu złącz kołkowych.

Sztywność osiowa kołka określa względny ruch osiowy między ścianami cylindrycznymi (lub krawędziami kołowymi) połączonymi z kołkiem. Sztywność obrotowa kołka określa względny ruch obrotowy między ścianami cylindrycznymi (lub krawędziami kołowymi). W przypadku kołka łączącego więcej niż dwie ściany lub krawędzie oprogramowanie rozkłada sztywność osiową i obrotową na podstawie cech geometrycznych każdego segmentu kołka (takich jak powierzchnia przekroju, biegunowy moment bezwładności i długość). Segment kołka łączy dwie kolejne ściany cylindryczne i ma dwa złącza końcowe. Każde połączenie kołkowe znajduje się na centroidzie połączonej ściany cylindrycznej lub okrągłej krawędzi.

Na przykład w przypadku definicji pojedynczego kołka łączącego cztery walce na płycie zawiasowej, co pokazano poniżej, solver oblicza i wyszczególnia wartości sił na czterech złączach kołkowych. Każde połączenie kołkowe znajduje się na centroidzie każdej ściany cylindrycznej połączonej z kołkiem.

Oprogramowanie wyszczególnia cztery siły złącza na połączenie względem lokalnego układu współrzędnych kołka. Pokazano obraz przekroju poprzecznego kołka z siłami obliczonymi w połączeniu.

• F_A = siła osiowa na przekroju poprzecznym kołka

  Dodatnia siła osiowa oznacza, że segment kołka jest naprężony; negatywna siła osiowa oznacza ściskanie. Oprogramowanie wyświetla obciążenia działające na segment kołka jako obciążenia złącza kołkowego w złączach sworzniowych. Nie jest brana pod uwagę równowaga obciążeń dla segmentu kołka w celu wyszczególnienia obciążeń w połączeniach.

• F_V = siła ścinająca w przekroju poprzecznym kołka
• M_b = moment zginający
• T = moment obrotowy

Złącza kołkowe wspólne dla kolejnych segmentów kołka, na przykład złącze 2 na rysunku poniżej, solver oblicza dwa zbiory sił złącza kołkowego dla lewej i prawej strony złącza wspólnego. Obraz ilustruje przekrój poprzeczny złącza kołkowego dwoma segmentami (kolor niebieski) przymocowanymi do trzech ścian cylindrycznych.

Promień złącza kołkowego, R, jest promieniem ściany cylindrycznej lub okrągłej krawędzi przymocowanej do kołka. Segmenty kołkowe w definicji złącza jednokołkowego mogą mieć różne promienie.

Solver oblicza naprężenia zredukowane wg Misesa dla lewej i prawej strony wspólnego połączenia. Oprogramowanie porównuje naprężenia zredukowane wg Misesa i wyszczególnia zestaw sił kołka (od strony lewej lub bocznej), które dają najwyższe naprężenie zredukowane wg Misesa.

Naprężenie zredukowane wg Misesa dla ogólnego przypadku naprężenia płaszczyznowego jest określone przez:

, , ,

W celu kontroli bezpieczeństwa powodzenia/braku powodzenia złącza kołkowego oprogramowanie wybiera połączenie kołkowe z maksymalnymi łącznymi obciążeniami w oparciu o kryterium naprężenia zredukowanego wg Misesa, aby oszacować współczynnik bezpieczeństwa kołka. Patrz temat Pomoc SOLIDWORKS Simulation: Złącze Kołkowe — Kontrola bezpieczeństwa