Deformation and strength of a cyclically bent threaded connection

Abstract

Industry equipment such as pressure vessels, mining equipment, heat exchang-ers, steam generators and other structures are provided with bolted closures for the purpose of in-service inspection and maintenance of internal components. Threaded connections often experience variable cyclic loads due to temperature, inner pressure and variation in the deformation of connection fittings. Often, studs and screws are not only affected by an axial load, but also by bending moments. More sophisticated high-cycle and low-cycle durability calculation meth-odologies have been already developed for threaded connections experiencing cyclic axial loads, and in these methodologies the distribution of axial load among turns is assessed quantitatively. The quantitative data of load distribu-tion in the thread enables a more accurate assessment of the influence of the constructional design particularities (connection length, material, nut and turn’s form) and the deformation stages of the connection element. These durability calculation methodologies are not applied for threaded connections that are cyclically bent, as the analytical models that are suitable for practical application in the load distribution of the turns have not been cre-ated for bent threaded connections. In this field, no models have been created to be calculated by the BE method. As the threaded connection is a complex node consisting of deformed el-ements, the load distribution among turns is influenced by the compatibility of the deformations and displacements of the connection elements. While mathe-matically describing the deformed state of the connection, theoretical and ex-perimental data is needed to reflect the specific features of the deformation of the connection elements that occurs during the bending operation. This dissertation thesis aims to create a calculation methodology for the load distribution in the thread, intended for threaded connections cyclically bent, and to apply this methodology for the calculation of cyclic strength.

Srieginės jungtys dažnai patiria ciklinių lenkimo apkrovų dėl temperatū-ros, vidaus slėgio ir jungiamųjų detalių deformacijų kitimo. Srieginėms jung-tims, kurios patiria ašinių ciklinių apkrovų jau yra sukurtos modernesnės daugiaciklio ir mažaciklio ilgaamžiškumo skaičiavimo metodikos, kuriomis detaliai kiekybiškai įvertinamas ašinės apkrovos pasiskirstymas tarp vijų. Ap-krovos pasiskirstymo sriegyje kiekybiniai duomenys leidžia detaliau ir tiksliau įvertinti konstrukcijos ypatumų (jungties ilgio, medžiagos, veržlės ir vijų for-mos) ir jungties elementų deformavimo stadijų įtaką. Tokios ilgaamžiškumo skaičiavimo metodikos cikliškai lenkiamoms srieginėms jungtims netaikomos, nes lenkiamoms srieginėms jungtims nėra sukurtų apkrovos pasiskirstymo vijose analitinių modelių, tinkamų praktiniam naudojimui. Šioje srityje taip pat nėra sukurtų ir modelių, kurie skaičiuojami baigtinių elementų metodu. Kadangi srieginė jungtis yra kompleksinis mazgas, kurį sudaro deformuo-jami elementai, tai apkrovos pasiskirstymą tarp vijų lemia jungties elementų deformacijų ir poslinkių suderinamumas. Matematiškai aprašant jungties de-formuotą būvį, reikalingi teoriniai ir eksperimentiniai duomenys, kurie atspin-dėtų jungties elementų deformavimo specifinius ypatumus, pasireiškiančius veikiant lenkimui. Disertacijoje siekiama sukurti cikliškai lenkiamų srieginių jungčių apkro-vos pasiskirstymo sriegyje skaičiavimo metodą ir pritaikyti jį mažacikliam ilga-amžiškumui skaičiuoti.