Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.10
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pp.1070-1077
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2012
Virtual machine tools have been magnified recently as manufacturers could estimate performances of machine tools before design and manufacturing of them. However, it requires much time and efforts to make FEM models and predict precision of machine tools well because machine tools are composed of many joints such as bolt joints, LM joints, rotational bearing joints and mounts. Especially, we have studied computational modeling methods of bolt joints to predict precision of machine tools well in this paper. Stiffness and damping coefficients of bolt joints are investigated and generalized with respect to fasten forces through experiments and FEM analysis. Matrix 27 element of ANSYS is used and bolt joints are simplified as square areas with 8 nodes to apply stiffness and damping simultaneously. Additionally, coordinate transformation of matrix 27 for bolt joints is induced to apply to skewed bolt joints of machine tools and evaluate it using FEM analysis.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.3
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pp.495-501
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2001
In this paper, a new technique which models the joints characteristics through reduction of DOFs of structures with joints using component mode synthesis (CMS) method is proposed. Bolt joints are modeled by mass-spring systems. Also generalized mass and stiffness matrices for this models are introduced. Because bolt joints have influence on eigenvalues of structures, exact eigenvalues from modal test are used. The results show that the behaviors of structures with bolt joints depend to a large extent on the translational DOFs and not on rotational DOFs of mass and stiffness matrices of bolts. Furthermore it is confirmed that lumped mass-spring systems as models of bolt joints are effective models considering the facts that joint characteristics converged to constant values in some iterations and eignevalues from proposed method are in good agreement with ones from modal test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.8
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pp.819-825
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2009
An open frame structure is fastened by bolt joints for strength and shock attenuation. Therefore the full finite element model of an open frame structure should be properly modeled including bolt joints for strength analysis of the frames and joint assemblies which are operated under multi-loading conditions such as driving, drop, inertia and torsional loads. Then the joints and frames must satisfy the specified allowable strength constraints. Because the full finite element model has a large number of elements to perform strength analysis, a detailed fine bolt analysis seems to be very expensive. Therefore bolts of the full finite element model are approximately modeled by coupling method to constrain degree of freedoms between adjacent nodes. However, the coupling method can exaggerate stress results at the constrained nodes. Thus a detailed bolt analysis and a theoretical/experiential formula of bolts for a worst bolt joint are performed using reaction force applied both bolt and bolt joint. Finally, the results from the two methods are compared and discussed to verify the safety of the open frame structure.
An open frame structure is fastened by bolt joints for strength and shock attenuation. Therefore the full finite element model of an open frame structure should be properly modeled including bolt joints for strength analysis of the frames and joint assemblies which are operated under multi-loading conditions such as driving, drop, inertia and torsional loads. Then the joints and frames must satisfy the specified allowable strength constraints. Because the full finite element model has a large number of elements to perform strength analysis, a detailed fine bolt analysis seems to be very expensive. Therefore bolts of the full finite element model are approximately modeled by constraints equations to constrain degree of freedoms between adjacent nodes. However, the constraints equation method can exaggerate stress results at the constrained nodes. Thus a detailed bolt analysis and a theoretical/experiential formula of bolts for a worst bolt joint are performed using reaction force applied both bolt and bolt joint. Finally, the results from the two methods are compared and discussed to verify the safety of the open frame structure.
Strengthening of hollow structural sections using through-bolts is a cost-effective and straightforward approach. It's a versatile method that can be applied during both design and service phases, serving as a non-disruptive and budget-friendly retrofitting solution. Existing research on axially loaded hollow sections T-joints has demonstrated that this technique can amplify the joint strength by 50%, where single bolt could enhance the strength of the joint by 35%. However, there's a gap in understanding their use for K-joints. As the behavior of K-joints is more complex, and they are widely existent in structures, this study aims to bridge that gap by conducting comprehensive parametric study using finite element analysis. Numerical investigation was conducted to evaluate the effect of through bolts on K-joints focusing on using single through bolt to achieve most of the strengthening effect. A full-scale parametric model was developed to investigate the effect of various geometric parameters of the joint. This study concluded the existence of optimal bolt location to achieve the highest strength gain for the joint. Moreover, a rigorous statistical analysis was conducted on the data to propose design equations to predict optimal bolt location and the corresponding strength gain implementing the verified by finite element models.
The paper presents the details and results of an experimental study on bolted end-plate joints of industrial type steel building frames. The investigated joints are commonly used in Lindab-Astron industrial buildings and are optimized for manufacturing, erection and durability. The aim of the research was to provide an experimental background for the design model development by studying load-bearing capacity of joints, bolt force distribution, and end-plate deformations. Because of the special joint details, (i.e., joints with four bolts in one bolt-row and HammerHead arrangements), the Eurocode 3 standardized component model had to be improved and extended. The experimental programme included six different end-plate and bolt arrangements and covered sixteen specimens. The steel grade of test specimens was S355, the bolt diameter M20, whereas the bolt grade was 8.8 and 10.9 for the two series. The end-plate thickness varied between 12 mm and 24 mm. The specimens were investigated under pure bending conditions using a four-point-bending test arrangement. In all tests the typical displacements and the bolt force distribution were measured. The end-plate plastic deformations were measured after the tests by an automatic measuring device. The measured data were presented and evaluated by the moment-bolt-row force and moment-distance from centre of compression diagrams and by the deformed end-plate surfaces. From the results the typical failure modes and the joint behaviour were specified and presented. Furthermore the influence of the end-plate thickness and the pretension of the bolts on the behaviour of bolted joints were analysed.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.8
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pp.2055-2061
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2009
There can be some variation in the load carrying capacity of high-tension bolt friction joints when oversize bolt holes are made on the base plate and the cover plate. This study performed a static tensile test in order to examine the variation of slip load and slip coefficient according to standard bolt hole and oversize bolt hole in high-tension bolt friction joints. According to the results of the static tensile test, the slip coefficient changed to some degree according to oversize bolt holes on the base plate and the cover plate, but it was somewhat unreasonable to find a pattern in the change. Sliding strength showed a difference of up to 26% between the use of standard bolt holes and the use of oversize bolt holes. Because this exceeds the design sliding strength, however, its effect on the serviceability of joints under service load is insignificant. Thus, if the regulation on oversize bolt holes, which may be inevitable in making steel members, is applied flexibly, we may improve efficiency and economy in the design and construction of structures.
The grid structure with bolt-sphere joints is widely adopted by industrial plants with suspending crane. The alternating reciprocating action of the suspending crane will cause fatigue problems of the grid structure with bolt-sphere joints with respect to the rod, the cone, the sealing plate, the bolt ball and the high strength bolt; while the fatigue of the high strength bolt is the key issue of fatigue failure. Based on efficient and smooth loading equipment with the AMSLER fatigue testing machine, this paper conducted a constant amplitude fatigue test on 18 M20 and 14 M30 high strength bolts with 40Cr material, and obtained 19 valid failure points, 9 unspoiled points with more than 2 million cycles, and 4 abnormal failure points. In addition, it established the constant amplitude fatigue design method, ${[{\Delta}{\sigma}]_{{2{\times}10}}{^6=58.91MPa}$, and analyzed the stress concentration and the fatigue fracture of high strength bolts. It can be explained that the geometrical stress concentration of high-strength bolt caused by spiral burr is severe.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.10
no.9
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pp.2402-2408
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2009
This study conducted a static tensile test in order to prevent the lowering of load carrying capacity caused by critical sections made by over bolt holes in the base plate and the cover plate of steel member joints using high-tension bolts. The change of the load carrying capacity of joints was examined by comparison of the maximum load on joint fracture obtained from the tensile test with critical section rate and design strength. According to the results, the rate of decrease in strength was higher when the critical section rate was high, and in particular, decrease in strength was affected much more by critical sections in the base plate than by those in the cover plate. In high-tension bolt joints using over bolt holes for the base plate and the cover plate, load carrying performance was somewhat lower than that in joints using standard bolt holes, but the maximum tensile strength on facture was over 15% higher than design fracture strength. According to the results of this study, the use of over bolt holes in high-tension bolt joints had an insignificant effect on the lowering of load carrying capacity, so the allowance of over bolt holes in the joints of steel members is expected to enhance to the economy and efficiency of the works.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.4
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pp.119-127
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2002
This paper presents a study of the behaviour of bolted circular flange joints in tubular structures. In the tests on nine circular flange joints, different tension forces was applied to the joints and bolt strains, displacements and strains in the joints have been measured. Bolt strain, contact force(prying force) between flanges and stress distribution in a joint have been studied. Different methods used for the design of circular flange joints are described.
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