Bir cıvatadaki çekme kuvveti neden el hesabıyla beklenenden daha yüksektir? Kanat plakası birleşimindeki cıvatalarda neden çekme kuvvetleri oluşur? Cıvatalardaki çekme kuvvetleri neden her cıvata sınıfı için bazen farklıdır?
Yaygın yanıt, IDEA StatiCa uygulamalarında kullanılan CBFEM modelidir. Plakaların ve diğer parçaların deformasyonu, sonlu elemanlar analizinin bir parçası olarak hesaplanır ve bu nedenle kaldırma kuvvetleri devreye girer. Kaldırma kuvvetleri, cıvatalara da iletilen ek yüklerdir. Kaldırma kuvvetleri hakkında daha fazla bilgi için ilgili blog yazısını okuyun.
Kaldırma kuvvetlerinin bir sonucu olarak, cıvatalardaki sonuç çekme kuvvetleri, birleşimin tasarımına, birleşim parçalarının dayanımına ve uygulanan yük etkilerine bağlı olarak büyük ölçüde değişebilir.
Kanat plakası birleşimindeki cıvatalarda çekme kuvvetleri
Çoğu durumda, kanat plakaları elemanı bağlamak için tek bir plaka kullanır. Bunun sonucu olarak, birleşime küçük bir dışmerkezlik uygulanır. Bu dışmerkezlik, plakalarda ek kaldırma kuvvetlerine yol açar ve bu da cıvatalarda çekme oluşturur.
Çift taraflı kanat plakası kullanılması ve birleşimin simetrik olması durumunda, cıvatalardaki çekme kuvvetleri yalnızca kanat plakalarının deformasyonundan kaynaklanır; çünkü deformasyonlarla birlikte ek dışmerkezlik oluşur.
Alın plakası birleşimindeki cıvatalarda daha yüksek çekme kuvvetleri
Alın plakası ne kadar ince olursa, verilen yük etkileri altında o kadar fazla deformasyon yaşar. Bu durum kaldırma etkisini artırır ve cıvatalara ek çekme kuvvetleri uygulanır. Alın plakası kalın ve dolayısıyla yeterince rijit ise kaldırma kuvvetleri ortadan kalkar. Bu etkiyi basit bir örnekte görmek için aşağıya bakın:
a) Alın plakası - kalınlık 10 mm, uygulanan çekme kuvveti 200 kN
4 cıvatadaki sonuç çekme kuvveti: 61,5 x 4 = 246 kN
b) Alın plakası - kalınlık 40 mm, uygulanan çekme kuvveti 200 kN
4 cıvatadaki sonuç çekme kuvveti: 49,9 x 4 = 200 kN
Cıvata sınıfına göre farklı çekme kuvvetleri
Her cıvata sınıfının farklı bir çalışma diyagramı ve farklı akma dayanımı değerleri vardır. Eğilme momenti ile yüklenen iki kirişin alın plakası birleşiminde, M20 cıvata için üç farklı cıvata sınıfının (8.8, 10.9 ve 5.6) karşılaştırması gösterilmektedir.
Görece düşük yük etkileri için, her sınıftaki cıvatalardaki sonuç çekme kuvvetleri benzer değerler gösterir.
Ancak cıvataların yüksek kullanım oranına (ve cıvatalarda plastikleşmeye) yol açan yük etkileri için, çekme kuvveti cıvata sınıfına bağlı olarak değişir. Cıvata sınıfı ne kadar yüksekse, sonuç çekme kuvveti de o kadar yüksek olur.
Daha fazla bilgi için teorik arka plana ve video kaydına bakın.