Details

Данная работа посвящена анализу подходов к расчёту и численному моделированию болтовых соединений элементов конструкций с последующим сравнением различных конечно-элементных постановок для оценки прочности и герметичности типового фланцевого соединения. В работе выполнен сравнительный анализ нормативных документов ПНАЭ Г-7-002-86 и RCC-MR, определены их основные методические различия и особенности применения при расчёте оборудования атомной промышленности. Проведён аналитический расчёт фланцевого болтового соединения, включающего фланцы, болты и прокладку, с определением допускаемых напряжений, диапазона усилий затяжки и контактного давления на прокладке. Также представлены результаты численного моделирования в программном комплексе ANSYS Workbench с использованием различных подходов: упрощённой твердотельной модели, модели с frictional-контактами, beam connection и bolt thread contact. В третьей части работы исследовано напряжённо-деформированное состояние соединения при совместном действии предварительной затяжки и внутреннего давления. По результатам исследования сформулированы рекомендации по выбору рациональной расчётной модели в зависимости от требуемой точности и вычислительных затрат.

This work is devoted to the analysis of approaches to the calculation and numerical modeling of bolted joints of structural elements, followed by a comparison of different finite element formulations for evaluating the strength and leak-tightness of a typical flanged joint. The study includes a comparative analysis of the design codes PNAE G-7-002-86 and RCC-MR, and identifies their main methodological differences and specific features of application in the assessment of nuclear industry equipment. An analytical calculation of a flanged bolted joint including flanges, bolts, and a gasket was carried out, with the determination of allowable stresses, the tightening force range, and the contact pressure on the gasket. The paper also presents the results of numerical simulations performed in ANSYS Workbench using different approaches, including a simplified solid model, a frictional contact model, a beam connection model, and a bolt thread contact model. In the third part of the work, the stress-strain state of the joint under combined preload and internal pressure was investigated. Based on the obtained results, recommendations were developed for selecting a rational computational model depending on the required accuracy and computational cost.