Cıvatalı Bağlantılar için Cıvataların Yerleşim Düzenini Esas Alan Bir Tasarım Yazılımı

Abstract

Cıvatalı bağlantılar, parçaları güvenli bir şekilde bir arada tutmak için tasarlanan temel sökülebilir mekanik bağlantı yöntemlerinden biridir. Cıvatalı bağlantıların tasarımı, güvenlik ve dayanım yönünden oldukça kritiktir. Cıvataların sayısı, yerleşim düzeni ve konumlarının hesabı karmaşık ve zaman alan bir tasarım süreci meydana getirmektedir. Bu çalışmada, yanal yük altındaki cıvatalı bağlantıların optimizasyonuna yönelik bir tasarım çalışması gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla Visual Studio ortamında C# programlama dili kullanılarak grafik kullanıcı arayüze sahip bir yazılım geliştirilmiştir. Kullanıcı dostu grafik arayüz, kullanıcıyı doğru bir şekilde yönlendirmekte ve kullanımı görsel yapısıyla kolaylaştırmaktadır. Tasarım çıktıları, az sayıda kullanıcı girdisi ile yazılım tarafından otomatik hesaplanmaktadır. Çalışma, cıvataların yerleşim düzeni prensibini esas almaktadır. Yazılımda, cıvata çapı, satır ve sütundaki tur sayıları girdi olarak alınmaktadır. Yazılım, girdiler doğrultusunda bağlantının tasarımı için, plaka en ve boy uzunluklarının, cıvatalar arası mesafelerin, cıvataların kenarlara olan uzaklıklarının en az ve en çok olarak değerlerini vermekte ve bir tasarım aralığı oluşturmaktadır. Hesaplanan tasarım parametreleri, tasarımcıya bir görsel ile birlikte yansıtılmaktadır. Geliştirilen yazılım ile cıvatalı bağlantıların tasarımı çok az sayıda kullanıcı girdisi için gerçekleştirilmektedir. Sonuç olarak tasarım süreçlerinde kullanıcı iş yükü en aza indirilmiştir ve zamanda kazanç sağlanmıştır. Yazılım ile elde edilen sonuçlar ve teorik çözümler karşılaştırılarak geliştirilen yazılım %100 güvenilir bulunmuştur.

Keywords

• Cıvatalı bağlantı
• Tasarım
• Optimizasyon
• Yerleşim
• Yazılım

A Design Software Based on The Placement of Bolts for Bolted Joints

Abstract

Bolted joints are one of the basic detachable mechanical joint methods designed to hold parts securely together. The design of bolted joints is critical in terms of safety and strength. The calculation of the number of bolts, placement and location of bolts constitutes a complex and time-consuming design process. In this study, a design study was carried out for the optimization of bolted joints under lateral load. For this purpose, a software with a graphical user interface was developed using C# programming language in Visual Studio environment. The user-friendly graphical interface guides the user accurately and facilitates the use with its visual structure. Design outputs are calculated automatically by the software with few user inputs. The study is based on the principle of bolt placement. In the software, bolt diameter, number of tours in row and column are taken as input. In line with the inputs, the software gives the minimum and maximum values of the plate width and length, the distances between the bolts, the distances of the bolts to the edges and creates a design range for the design of the joint. The calculated design parameters are reflected to the designer with a visualization. With the developed software, the design of bolted joints is realized for very few user inputs. As a result, user workload in design processes is minimized and time is saved. By comparing the results obtained with the software and the theoretical solutions, the developed software was found to be 100% reliable.

Keywords

• Bolted joint
• Design
• Optimization
• Placement
• Software

References

1. Asadi Taheri, M., Hajiali Mohammadi, A. & Alizadehnia, S. (2022). EF7 Engine Flywheel Bolted Joint Design Improvement By Theoretical and Experimental Investigations. Engine Research., 48(48), 27-40.
2. Bogis, H. A., Abou Ezz, A., Aljinaidi, A. A. & Akyurt, M. (2004). Computer-Aided Design of Riveted and Bolted Joints Under Compound Loading. Mechanical Engineering Department of King Abdulaziz University notes, Jeddah, Saudi Arabia, https://www.kau.edu.sa/files/320/researches/35125_20.pdf
3. Cai, Y. & Young, B. (2019). Effects of End Distance on Thin Sheet Steel Bolted Connections. Engineering Structures, 196, 109331. https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2019.109331
4. Chutima, S. & Blackie, A. P. (1996). Effect of Pitch Distance, Row Spacing, End Distance and Bolt Diameter on Multi-Fastened Composite Joints. Composites Part A: Applied Science And Manufacturing, 27(2), 105-110. https://doi.org/10.1016/1359-835X(95)00020-3
5. Kiamanesh, R., Abolmaali, A. & Razavi, M. (2013). Effect of Circular Bolt Pattern on Behavior of Extended End-Plate Connection. Journal of Structural Engineering, 139(11), 1833-1841. https://doi.org/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0000765
6. Noda, N. A., Chen, X., Sano, Y., Wahab, M. A., Maruyama, H., Fujisawa, R. & Takase, Y. (2016). Effect of Pitch Difference Between The Bolt–Nut Connections Upon The Anti-Loosening Performance And Fatigue Life. Materials & Design, 96, 476-489. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.01.128
7. Öztekin, E. Ö. (2015). Investigation of Reliabilities of Bolt Distances For Bolted Structural Steel Connections By Monte Carlo Simulation Method. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 21(6), 213-223.
8. Padhi, G. S., McCarthy, M. A. & McCarthy, C. T. (2002). BOLJAT: A Tool For Designing Composite Bolted Joints Using Three-Dimensional Finite Element Analysis. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 33(11), 1573-1584. https://doi.org/10.1016/S1359-835X(02)00113-6

9. Palacios, C. G., Mansilla, D. T. & Arteaga, A. M. (2020). A Methodology For Optimizing Bolted Joint Design. Investigación Tecnológica IST Central Técnico, 2(1), 13-13.
10. Piscan, I., Predincea, N. & Pop, N. (2012). Finite Element Analysis and Design Exploration of a Bolted Joint. Advanced Materials Research, 463, 1601-1604. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.463-464.1601
11. Rakotondrainibe, L., Desai, J., Orval, P. & Allaire, G. (2022). Coupled Topology Optimization of Structure and Connections For Bolted Mechanical Systems. European Journal of Mechanics-A/Solids, 93, 104499. https://doi.org/10.1016/j.euromechsol.2021.104499
12. Romanov, V. S., Heidari-Rarani, M. & Lessard, L. (2021). A Parametric Study on Static Behavior and Load Sharing Of Multi-Bolt Hybrid Bonded/Bolted Composite Joints. Composites Part B: Engineering, 217, 108897. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2021.108897
13. Yang, K. C., Hsu, R. J. & Hsu, C. F. (2013). Effect of end distance and bolt number on bearing strength of bolted connections at elevated temperature. International Journal of Steel Structures, 13, 635-644. https://doi.org/10.1007/s13296-013-4005-y
14. SAE Technical Paper. (2013). Multi-Objectives Optimization of Fastener Location in a Bolted Joint (No. 2013-01-0966). https://doi.org/10.4271/2013-01-0966
15. Saraç, İ. (2022). Cıvatalı Bağlantılarda Delik Toleransı ve Cıvata Sıkma Torku Değişiminin Bağlantı Dayanımına Etkilerinin Sayısal Olarak İncelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 37(2), 685-696. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.761996
16. TSE. (1980). Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları. Ankara, Türkiye, 648.