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O parafuso que afrouxa primeiro em uma conexão aparafusada tem menos probabilidade de quebrar?
Quem quebra primeiro quando um parafuso se solta é um tópico altamente debatido. Em cognição geral, o parafuso que é afrouxado primeiro não quebrará. Porque os parafusos que se soltam primeiro estão sujeitos a menos força do que aqueles que são apertados. Mas este é realmente o caso? Neste artigo, o TorcStark subverterá a cognição de todos com base nos resultados da análise do caso.
Em primeiro lugar, é necessário saber o grau de frouxidão e que tipo de carga o grupo de parafusos suporta, para julgar se o primeiro parafuso solto quebrará primeiro.
Três situações são discutidas abaixo.
1. Se estiver sujeito apenas a carga estática
O parafuso que for afrouxado primeiro não quebrará primeiro. Se o parafuso estiver solto, significa que a força de pré-aperto torna-se menor ou a força de pré-aperto é zero. Quanto menor a força de pré-aperto, menor a tensão de trabalho abrangente do parafuso sob a ação da carga externa. O parafuso com a menor tensão de trabalho não quebrará primeiro sob a condição de carga estática.
Agora pegue a conexão do parafuso na conexão do flange como um exemplo para ver o que acontece com a tensão do parafuso se um parafuso estiver solto.
8 parafusos M16 grau 10.9 conectam os seguintes flanges e os números dos parafusos são os seguintes:
Em circunstâncias normais, a mesma pré-carga é aplicada aos parafusos. Supondo que a força de pré-aperto dos parafusos seja de 98KN, se um parafuso estiver solto, isso significa que a força de pré-aperto é reduzida ou não há força de pré-aperto. Aqui, a força de pré-aperto do parafuso 1 é definida como 30KN, que é 68KN menor que a força de pré-aperto de outros parafusos. Quando o flange suporta tensão de 600KN, veja a diferença na força dos parafusos.
A tensão dos parafusos é mostrada na tabela abaixo:
Modelo | parafuso de pré-tensão | |||||||
Condição de contorno | Parafuso Pretension 1 | Parafuso Pretension 2 | Parafuso Pretension 3 | Parafuso Pretension 4 | Parafuso Pretension 5 | Pré-tensão do Parafuso 6 | Pré-tensão do Parafuso 7 | Parafuso Pretension 8 |
Carga de trabalho | 68706 N | 1.2644e+005 N | 1.2174e+005 N | 1.2004e+005 N | 1.1943e+005 N | 1.2004e+005 N | 1.2117e+005 N | 1.2644e+005 N |
Pode-se ver pelos resultados da análise que a distribuição de tensão de todos os parafusos é alterada devido ao relaxamento do parafuso 1. O parafuso solto recebe menos tensão e os dois parafusos imediatamente adjacentes ao parafuso solto (números 2 e 8) sofrem mais tensão. Uma grande força de tração significa que a tensão interna é relativamente grande. Se a carga continuar a aumentar, os dois parafusos quebrarão primeiro.
2. Se o grupo de parafusos estiver sujeito a cargas de fadiga
O parafuso está totalmente solto (ou seja, não há força de pré-aperto) e, mesmo sob a ação de carga externa, o parafuso não será tensionado. O parafuso próximo a ele suporta a força que deveria suportar, então o parafuso que é afrouxado primeiro não quebrará primeiro, e o parafuso adjacente a ele pode quebrar primeiro. Tomando como exemplo a conexão do flange, um parafuso está totalmente solto, ou seja, a força de pré-aperto é zero, e a força de pré-aperto dos outros parafusos ainda é de 98KN.
Modelo | parafuso de pré-tensão | |||||||
Condição de contorno | Parafuso Pretension 1 | Parafuso Pretension 2 | Parafuso Pretension 3 | Parafuso Pretension 4 | Parafuso Pretension 5 | Pré-tensão do Parafuso 6 | Pré-tensão do Parafuso 7 | Parafuso Pretension 8 |
Carga de trabalho | 0 N | 1.4879e+005 N | 1.2534e+005 N | 1.2025e+005 N | 1.1918e+005 N | 1.2026e+005 N | 1.2534e+005 N | 1.4877e+005 N |
Pelos resultados acima, pode-se observar que quando a ligação do flange é submetida a cargas externas, os parafusos completamente soltos não suportam tração, ou seja, a tração é zero. Quando o flange é submetido a cargas alternadas de 0 a 600KN, a faixa de variação da tensão de cada parafuso é:
Parafuso 1 | Parafuso 2 | Parafuso 3 | Parafuso 4 | Parafuso 5 | Parafuso 6 | Parafuso 7 | Parafuso 8 | |
Pretensão KN | 0 | 98 | 98 | 98 | 98 | 98 | 98 | 98 |
Força do parafuso KN | 0 | 148 | 125 | 120 | 119 | 120 | 125 | 148 |
Faixa de força KN | 0 | 50 | 27 | 22 | 21 | 22 | 27 | 50 |
A partir das características de fadiga dos parafusos, pode-se observar que quanto maior a faixa de variação de tensão dos parafusos, mais cedo ocorre a fratura por fadiga e menor a vida à fadiga.
Portanto, os dois parafusos adjacentes em ambos os lados do parafuso totalmente solto são os primeiros a sofrer fratura por fadiga, enquanto o parafuso totalmente solto não quebrará.
3. Se o parafuso for reduzido apenas na pré-carga
Então, sob a ação da carga de fadiga, sua faixa de tensão abrangente se tornará maior, a vida de fadiga será menor do que a vida de projeto e a fratura de fadiga pode ocorrer primeiro.
Supondo que a força de pré-aperto dos parafusos seja de 98KN, se um parafuso estiver solto, isso significa que a força de pré-aperto é reduzida ou não há força de pré-aperto. Aqui, a força de pré-aperto do parafuso 1 é definida como 30KN, que é 68KN menor que a força de pré-aperto de outros parafusos. Quando o flange for submetido a uma tensão alternada de 0 a 600KN, calcule a faixa de variação de tensão e tensão dos parafusos:
Modelo | parafuso de pré-tensão | |||||||
Condição de contorno | Parafuso Pretension 1 | Parafuso Pretension 2 | Parafuso Pretension 3 | Parafuso Pretension 4 | Parafuso Pretension 5 | Pré-tensão do Parafuso 6 | Pré-tensão do Parafuso 7 | Parafuso Pretension 8 |
Carga de trabalho | 68706 N | 1.2644e+005 N | 1.2174e+005 N | 1.2004e+005 N | 1.1943e+005 N | 1.2004e+005 N | 1.2117e+005 N | 1.2644e+005 N |
Parafuso 1 | Parafuso 2 | Parafuso 3 | Parafuso 4 | Parafuso 5 | Parafuso 6 | Parafuso 7 | Parafuso 8 | |
Pretensão KN | 30 | 98 | 98 | 98 | 98 | 98 | 98 | 98 |
Força do parafuso KN | 68 | 126 | 121 | 120 | 119 | 120 | 121 | 126 |
Faixa de força KN | 38 | 28 | 23 | 22 | 21 | 22 | 23 | 28 |
A partir dos resultados do cálculo na tabela acima, pode-se ver que a faixa de variação de força do parafuso parcialmente afrouxado e seus dois parafusos adjacentes é relativamente grande, então o parafuso parcialmente relaxado e os dois parafusos adjacentes em ambos os lados são os primeiros a sofrer fratura por fadiga.
Resumindo
Por meio da aplicação real e da análise de dados, deve-se julgar se o primeiro parafuso solto quebra primeiro, de acordo com a situação real. Sob diferentes circunstâncias, um parafuso solto estará sujeito a diferentes forças com diferentes resultados. Aqui está o TorcStark para a solução de aparafusamento perfeita. Se você tiver alguma dúvida sobre parafusos, entre em contato conosco, a TorcStark fornecerá soluções gratuitamente.