Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads
The combination of metal and composite in threaded couplings increases the reliability of the structure operating under conditions of intensive internal pressure. Strength analysis of threaded metal – composite couplings based on the application of modern finite element modeling me...
Збережено в:
| Дата: | 2025 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Ukrainian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2025
|
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/321242 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-321242 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-03-12T15:11:08Z |
| collection |
OJS |
| language |
English Ukrainian |
| format |
Article |
| author |
Аврамов, К. В. Чернобривко, М. В. Комбаров, В. В. Планковський, С. І. Цегельник, Є. В. |
| spellingShingle |
Аврамов, К. В. Чернобривко, М. В. Комбаров, В. В. Планковський, С. І. Цегельник, Є. В. Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads |
| author_facet |
Аврамов, К. В. Чернобривко, М. В. Комбаров, В. В. Планковський, С. І. Цегельник, Є. В. |
| author_sort |
Аврамов, К. В. |
| title |
Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads |
| title_short |
Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads |
| title_full |
Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads |
| title_fullStr |
Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads |
| title_full_unstemmed |
Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads |
| title_sort |
deformation of threaded metal – composite couplings under the action of gas-dynamic loads |
| title_alt |
Деформування різьбових з’єднань метал – композит під дією газодинамічних навантажень Деформування різьбових з’єднань метал – композит під дією газодинамічних навантажень |
| description |
The combination of metal and composite in threaded couplings increases the reliability of the structure operating under conditions of intensive internal pressure. Strength analysis of threaded metal – composite couplings based on the application of modern finite element modeling methods at the stage of design documentation development allows to create more efficient structures that better meet the operational requirements. The strength of threaded couplings of cylindrical shells made of composite material and metal under the action of gas-dynamic internal pressure is analyzed in this paper. A methodology for numerical study of the problem in Ansys / Explicit Dynamics software package is proposed. Detailed modeling of threaded couplings is used. The developed model takes into account the following: dependence of material properties on ambient temperature; nonlinear relations between the components of stress and strain tensors in metal elements, orthotropic properties of composite materials; peculiarities of contact interaction in the zones of threaded couplings of prefabricated shell elements made of different materials. The stress state of a cylindrical structure with a central shell made of carbon fiber-reinforced plastic or fiberglass and with steel shells at the edges, loaded with gas-dynamic internal pressure with a maximum value of 20 MPa at a maximum ambient temperature of 100 °С was studied. It was obtained that plastic deformations are concentrated on the edges of the threaded couplings of steel shells. At the same time, the magnitude of plastic coupling deformations with the inner metal shell is an order of magnitude higher than for couplings with the outer metal shell. The magnitude of plastic deformations in couplings with an inner metal shell is twice less when using fiberglass than when using carbon fiber reinforced plastic. Localization of critical stresses was observed only in metal shells at threaded couplings. In this case, in the thread zone they are within the elasticity limits, and the stress state of the FRP shell is not critical. No local material failure was observed in the structure. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2025 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/321242 |
| work_keys_str_mv |
AT avramovkv deformationofthreadedmetalcompositecouplingsundertheactionofgasdynamicloads AT černobrivkomv deformationofthreadedmetalcompositecouplingsundertheactionofgasdynamicloads AT kombarovvv deformationofthreadedmetalcompositecouplingsundertheactionofgasdynamicloads AT plankovsʹkijsí deformationofthreadedmetalcompositecouplingsundertheactionofgasdynamicloads AT cegelʹnikêv deformationofthreadedmetalcompositecouplingsundertheactionofgasdynamicloads AT avramovkv deformuvannârízʹbovihzêdnanʹmetalkompozitpíddíêûgazodinamíčnihnavantaženʹ AT černobrivkomv deformuvannârízʹbovihzêdnanʹmetalkompozitpíddíêûgazodinamíčnihnavantaženʹ AT kombarovvv deformuvannârízʹbovihzêdnanʹmetalkompozitpíddíêûgazodinamíčnihnavantaženʹ AT plankovsʹkijsí deformuvannârízʹbovihzêdnanʹmetalkompozitpíddíêûgazodinamíčnihnavantaženʹ AT cegelʹnikêv deformuvannârízʹbovihzêdnanʹmetalkompozitpíddíêûgazodinamíčnihnavantaženʹ |
| first_indexed |
2025-07-17T12:03:11Z |
| last_indexed |
2025-07-17T12:03:11Z |
| _version_ |
1837895560186560512 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-3212422025-03-12T15:11:08Z Deformation of Threaded Metal – Composite Couplings Under the Action of Gas-Dynamic Loads Деформування різьбових з’єднань метал – композит під дією газодинамічних навантажень Деформування різьбових з’єднань метал – композит під дією газодинамічних навантажень Аврамов, К. В. Чернобривко, М. В. Комбаров, В. В. Планковський, С. І. Цегельник, Є. В. The combination of metal and composite in threaded couplings increases the reliability of the structure operating under conditions of intensive internal pressure. Strength analysis of threaded metal – composite couplings based on the application of modern finite element modeling methods at the stage of design documentation development allows to create more efficient structures that better meet the operational requirements. The strength of threaded couplings of cylindrical shells made of composite material and metal under the action of gas-dynamic internal pressure is analyzed in this paper. A methodology for numerical study of the problem in Ansys / Explicit Dynamics software package is proposed. Detailed modeling of threaded couplings is used. The developed model takes into account the following: dependence of material properties on ambient temperature; nonlinear relations between the components of stress and strain tensors in metal elements, orthotropic properties of composite materials; peculiarities of contact interaction in the zones of threaded couplings of prefabricated shell elements made of different materials. The stress state of a cylindrical structure with a central shell made of carbon fiber-reinforced plastic or fiberglass and with steel shells at the edges, loaded with gas-dynamic internal pressure with a maximum value of 20 MPa at a maximum ambient temperature of 100 °С was studied. It was obtained that plastic deformations are concentrated on the edges of the threaded couplings of steel shells. At the same time, the magnitude of plastic coupling deformations with the inner metal shell is an order of magnitude higher than for couplings with the outer metal shell. The magnitude of plastic deformations in couplings with an inner metal shell is twice less when using fiberglass than when using carbon fiber reinforced plastic. Localization of critical stresses was observed only in metal shells at threaded couplings. In this case, in the thread zone they are within the elasticity limits, and the stress state of the FRP shell is not critical. No local material failure was observed in the structure. Поєднання металу й композиту в різьбових з’єднаннях підвищує надійність конструкції, що працює в умовах впливу інтенсивного внутрішнього тиску. Аналіз міцності різьбових з’єднань метал – композит на основі застосування сучасних методів скінченно-елементного моделювання на стадії розроблення проєктної документації дає змогу створювати більш ефективні конструкції, які краще відповідають експлуатаційним вимогам. У цій публікації представлено результати аналізу міцності різьбових з’єднань циліндричних оболонок із композитного матеріалу й металу, що перебувають під дією газодинамічного внутрішнього тиску. Запропонована методика чисельного дослідження задачі в програмному комплексі Ansys / Explicit Dynamics. Використовується деталізоване моделювання різьбових з’єднань. Розроблена модель враховує: залежність властивостей матеріалів від температури довкілля; нелінійний зв’язок між компонентами тензорів напружень і деформацій у металевих елементах, ортотропні властивості композитних матеріалів; особливості контактної взаємодії в зонах різьбових з’єднань елементів збірної оболонки з різного матеріалу. Досліджено напружений стан циліндричної конструкції з центральною оболонкою з вуглепластику або зі склопластику та зі сталевими оболонками по краях, навантаженої газодинамічним внутрішнім тиском із максимальним значенням 20 МПа за максимальної температури навколишнього середовища 100 °С. Отримано, що пластичні деформації зосереджені на краях різьбових з’єднань сталевих оболонок. При цьому величина пластичних деформацій з’єднання з внутрішньою металевою оболонкою на порядок вища, ніж для з’єднання із зовнішньою металевою оболонкою. Величина пластичних деформацій у з’єднанні з внутрішньою металевою оболонкою при використанні склопластику вдвічі менша, ніж у випадку використання вуглепластику. Локалізація критичних напружень спостерігалася тільки в металевих оболонках біля різьбових з’єднань. При цьому в зоні різьби вони в межах пружності, а напружений стан склопластикової оболонки не є критичним. Локального руйнування матеріалу в конструкції не спостерігалося. Поєднання металу й композиту в різьбових з’єднаннях підвищує надійність конструкції, що працює в умовах впливу інтенсивного внутрішнього тиску. Аналіз міцності різьбових з’єднань метал – композит на основі застосування сучасних методів скінченно-елементного моделювання на стадії розроблення проєктної документації дає змогу створювати більш ефективні конструкції, які краще відповідають експлуатаційним вимогам. У цій публікації представлено результати аналізу міцності різьбових з’єднань циліндричних оболонок із композитного матеріалу й металу, що перебувають під дією газодинамічного внутрішнього тиску. Запропонована методика чисельного дослідження задачі в програмному комплексі Ansys / Explicit Dynamics. Використовується деталізоване моделювання різьбових з’єднань. Розроблена модель враховує: залежність властивостей матеріалів від температури довкілля; нелінійний зв’язок між компонентами тензорів напружень і деформацій у металевих елементах, ортотропні властивості композитних матеріалів; особливості контактної взаємодії в зонах різьбових з’єднань елементів збірної оболонки з різного матеріалу. Досліджено напружений стан циліндричної конструкції з центральною оболонкою з вуглепластику або зі склопластику та зі сталевими оболонками по краях, навантаженої газодинамічним внутрішнім тиском із максимальним значенням 20 МПа за максимальної температури навколишнього середовища 100 °С. Отримано, що пластичні деформації зосереджені на краях різьбових з’єднань сталевих оболонок. При цьому величина пластичних деформацій з’єднання з внутрішньою металевою оболонкою на порядок вища, ніж для з’єднання із зовнішньою металевою оболонкою. Величина пластичних деформацій у з’єднанні з внутрішньою металевою оболонкою при використанні склопластику вдвічі менша, ніж у випадку використання вуглепластику. Локалізація критичних напружень спостерігалася тільки в металевих оболонках біля різьбових з’єднань. При цьому в зоні різьби вони в межах пружності, а напружений стан склопластикової оболонки не є критичним. Локального руйнування матеріалу в конструкції не спостерігалося. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2025-03-12 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/321242 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 27 No. 4 (2024); 31-39 Проблемы машиностроения; Том 27 № 4 (2024); 31-39 Проблеми машинобудування; Том 27 № 4 (2024); 31-39 2709-2992 2709-2984 en uk https://journals.uran.ua/jme/article/view/321242/311758 https://journals.uran.ua/jme/article/view/321242/311759 Copyright (c) 2025 К. В. Аврамов, М. В. Чернобривко, В. В. Комбаров, С. І. Планковський, Є. В. Цегельник http://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |