Come calcolare la resistenza al taglio dei bulloni?

La resistenza al taglio di un bullone si riferisce alla sua capacità di resistere alla massima forza di taglio senza rompersi quando è sottoposto a una forza esterna laterale. Possiamo comprendere il metodo di calcolo, le norme e alcuni valori specifici della resistenza al taglio dei bulloni.

In primo luogo, la formula per il calcolo della resistenza al taglio dei bulloni è W=P/F=P/ab, dove P è il carico a rottura (N), F è l'area di sovrapposizione (cm^2), a è la lunghezza della sovrapposizione (cm) e b è la larghezza della sovrapposizione (cm). Ciò implica che la resistenza al taglio del bullone è legata alle sue dimensioni e alla sua forma. Misurando questi parametri e applicando la formula di cui sopra, è possibile calcolare la resistenza al taglio del bullone.

In secondo luogo, la resistenza al taglio di un bullone è anche legata al suo grado di materiale. Ad esempio, un bullone di grado 4.8 ha una resistenza al taglio pari a circa la metà della sua resistenza alla trazione, mentre un bullone di grado 12.9 ha una resistenza al taglio di 900 MPa. Ciò indica che i bulloni di grado diverso hanno standard diversi di resistenza al taglio.

Inoltre, il valore di progetto della resistenza al taglio dei bulloni è determinato da dati statistici provenienti da prove di connessione, il che implica che l'effettiva resistenza al taglio dei bulloni in uso può variare in base alle condizioni specifiche e ai risultati delle prove.

Quali sono i metodi per calcolare la resistenza al taglio dei bulloni?

I metodi di calcolo della resistenza al taglio dei bulloni comprendono principalmente l'analisi agli elementi finiti e le prove sperimentali.

Analisi agli elementi finiti è un metodo che prevede il comportamento dei materiali o delle strutture sottoposte a forza, stabilendo un modello matematico. È in grado di valutare le prestazioni a taglio dei bulloni senza una reale distruzione. Questo metodo può essere utilizzato per la progettazione e l'ottimizzazione di tipi specifici di bulloni, come i bulloni ciechi, simulando il comportamento di resistenza dei bulloni sotto una forza di taglio pura per studiare le loro prestazioni portanti.

I test sperimentali valutano caricando effettivamente e osservando la modalità di rottura del bullone, che può riflettere direttamente l'effettiva resistenza al taglio del bullone.

Gli scenari applicativi di questi due metodi hanno ciascuno la propria importanza. L'analisi agli elementi finiti è adatta alla fase iniziale della progettazione dei bulloni, quando è necessario valutare l'impatto di diversi schemi di progettazione sulle prestazioni a taglio dei bulloni, nonché prevedere e ottimizzare le prestazioni dei bulloni durante il processo di progettazione.

I test sperimentali sono più spesso applicati nella fase successiva dello sviluppo del prodotto, per verificare l'accuratezza e l'affidabilità del progetto, assicurando che il bullone prodotto possa soddisfare i requisiti di prestazione nelle applicazioni reali.

Connessione bullonata sotto la forza di taglio di lavoro

Come mostrato nella Figura 1-8, questa connessione utilizza un bullone per resistere al carico di lavoro F attraverso un foro. Supponendo che ogni bullone riceva un carico di lavoro uguale, la forza di taglio ricevuta da ogni bullone è F.

Pertanto, la condizione di resistenza alla compressione tra l'asta del bullone e la parete del foro è:

Le condizioni per la resistenza al taglio dei bulloni sono:

Nella formula:

F rappresenta la forza di taglio operativa esercitata sul bullone, in Newton;

d₀ rappresenta il diametro della faccia a taglio del bullone, che può essere considerato come il diametro del foro del bullone, in millimetri;

[τ] rappresenta la resistenza al taglio ammissibile della filettatura, espressa in MPa, per l'acciaio

Dove:

[S]_τ è il fattore di sicurezza di cui alla Tabella 1-9;

L_min rappresenta l'altezza minima dell'asta del bullone schiacciata dalla parete del foro, in millimetri.

In fase di progettazione, L_min deve essere maggiore o uguale a 1,25d; i rappresenta il numero di facce di taglio sull'asta del bullone. Nella Figura 1-1b, i=2, mentre nella Figura 1-8, i=1.

La sollecitazione di taglio richiesta per i bulloni è in genere di 60 Mpa.

Come regolare la resistenza al taglio dei bulloni in base alle condizioni operative

Nelle applicazioni pratiche, la regolazione della resistenza al taglio dei bulloni per soddisfare requisiti specifici in base alle condizioni di utilizzo può essere realizzata in diversi modi:

Scegliere il tipo di bullone appropriato: A seconda dello scenario di utilizzo, scegliere bulloni ad alta resistenza o bulloni ordinari. I bulloni ad alta resistenza sono adatti per collegare strutture importanti, come ponti e strutture in acciaio, dove è necessario garantire l'affidabilità e la sicurezza delle connessioni. I bulloni ordinari sono più utilizzati nelle attrezzature meccaniche generiche e nei mobili.

Calcolare la sollecitazione di taglio del bullone: Semplificando dalla formula F = A × (F / A), la forza di taglio del bullone equivale alla forza a cui il bullone è sottoposto. Questa fase aiuta a capire la forza di taglio massima che un bullone può sopportare sotto un carico specifico, fornendo una base per la successiva selezione.

Considerare la deformabilità del bullone: Per risolvere il problema dell'insufficiente deformabilità dei connettori a taglio dei bulloni, è possibile utilizzare connettori a taglio ad alta deformabilità per migliorarne le prestazioni. Questo design può migliorare l'adattabilità e l'affidabilità del bullone senza sacrificare la resistenza.

Regolare il fattore di sicurezza: A seconda della resistenza del bullone e delle condizioni d'uso previste, il fattore di sicurezza deve essere adeguato. Ad esempio, la sollecitazione di taglio ammissibile Ít può essere calcolata dividendo la sollecitazione di taglio per il fattore di sicurezza. La regolazione del fattore di sicurezza può ottimizzare le prestazioni del bullone e garantire la sicurezza.

Considerare i fattori ambientali: Per gli elementi di fissaggio ad alta resistenza esposti a lungo termine ad ambienti difficili, come quelli utilizzati nell'energia eolica, occorre prestare particolare attenzione alle condizioni di manutenzione e alla stabilità. In questo caso, possono essere necessari materiali o rivestimenti speciali per migliorare la resistenza alla corrosione e la durata del bullone.

Seguire le procedure tecniche: Facendo riferimento alle procedure tecniche per le connessioni a bulloni ad alta resistenza nelle strutture in acciaio, misure come l'aumento della superficie di attrito del rivestimento e del suo coefficiente di resistenza allo scivolamento, l'aumento delle connessioni a trazione e dei giunti di connessione delle piastre terminali possono migliorare efficacemente le prestazioni e l'affidabilità delle connessioni a bulloni.