Domanda "didattica" sul dimensionamento di bulloni

aguayo

Utente Junior
Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Campania
Salve a tutti,
sto studiando per l'esame di costruzioni di macchine e ho in testa una certa confusione riguardo alcuni concetti (anche perchè in giro si trovano metodi e metodi per proseguire e formule diverse). Veniamo al dunque, ho un semplice esercizio che posto nel thread:
2013-05-20 19.48.02.jpg
Un po' di pazienza scrivo i passi che ho svolto(giusti o sbagliati che siano):biggrin: trovo le forze che devono esercitare i bulloni (2 bulloni) sulla struttura imponendo l'equilibrio alla rotazione intorno al punto C supponendo che la trave sia infinitamente rigida e quindi può ruotare solo intorno a quel punto, la reazione esercitata "dall'appoggio" esterno sulla struttura sarà Rcx come da disegno. Suppongo inoltre che la forza verticale non è bilanciata dai bulloni ma dalla forza d'attrito che c'è perché il bullone è precaricato quindi il bullone lavora per solo sforzo normale.
Ora calcolo l'area resistente (che è circa il 90% dell'area del gambo non filettato giusto?) minima del bullone facendo rapporto tra Rbx/NumeroBulloni*TensioneDiProgetto consigliata dal costruttore (al più uguale alla tensione di snervamento ma di solito minore) diminuita con un coefficiente di sicurezza.
Scelgo la prima area disponibile nel catalogo maggiore della mia area e quella sarà l'area del mio bullone.
Ora devo calcolare il precarico, in genere il precarico consigliato è Fi=0.8*area di nocciolo*tensione di progetto.

Più o meno è questo che ho visto fare, ora ho il bullone precaricato soggetto a un carico normale Fi che lo allunga, il carico è quasi quello limite (80 % dalla formula del calcolo del precarico), quando c'è la forza di 1000 kN questa produce un incremento di carico Rbx in parte gravante sul bullone e in parte sulla flangia a seconda delle rispettive rigidezze? Così non si avrà a seguito dell'incremento una tensione (Fi+Rbx*PercentualeAssorbitaDalBullone)/Area resistente che è superiore a quella di progetto in quanto quest'ultima è quasi quella che vige nel momento in cui c'è solo il precarico?

Grazie in anticipo per la risposta, mi scuso per probabili blasfemie :rolleyes:
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Per prima cosa ti dico alcune cose:
- i docenti si ostinano a insegnare quel metodo molto antico per il dimensionamento della bullonatura dove si fa molto superficialmente un dimensionamento credendo che sia tutto lì quello che c'è da fare
- negli anni scorsi è andata in vigore la UNI CNR 10011 che è stata ritirata da qualche anno e questa norma presentava pressochè il metodo molto generico come quello accademico
- dal 2005 e forse prima c'è l'Eurocodice 3, in vigore attualmente, UNI EN 1993-1-8. Esso rappresenta l'unico modo riconosciuto a livello europeo di calcolo e verifica

Secondo UNI EN 1993-1-8 si ha che il tuo caso rientra nella doppia verifica, cioè a taglio e a trazione. Tutto questo perchè la normativa dice:

Categoria B: verifica per condizioni ad attrito resistente allo stato limite di servizio. Bulloni ad alta resistenza, classe 8.8/10.9 precaricati ed assenza di scorrimento.

Essa prevede 3 verifiche:
- Fv,Ed,ser<Fs,Rd,ser cioè che la forza a progetto allo stato di servizio (forza tua che hai calcolato) deve essere minore della resistenza combinata a trazione e taglio, dove si tiene conto del precarico, del coefficiente di tipo de foro (gioco normale, asola verticale, asola orizzontale, foro maggiorato ecc)
- Fv,Ed<Fv,Rd cioè la forza verticale di taglio deve essere minore della forza di resistenza a taglio limite, calcolata tenendo presente l'area del piano di taglio (cioè se il piano di divisione tra angolare e muro è liscio sarà l'area del gambo, altrimenti sarà l'area resistente), il carico di rottura del materiale della vite, il coefficiente in base al fatto se sei sul gambo liscio o filettato (tiene conto in qualche modo del coefficiente di intaglio). Attenzione Fv,Rd può assumere formulazione diversa se i fori sono da M12 o M14 oppure se lo spessore della piastra è inferiore a 3 volte il diametro vite.
- Fv,Ed<Fb,Rd cioè la forza verticale di taglio deve essere minore della forza di rifollamento del materiale. La formulazione tiene presente del carico di rottura del materiale, del diametro vite, dello spessore, di coefficienti correttivi in funzione del tipo di dislocazione dei fori o asole. Inoltre se si usano rondelle sottotesta e sottodado cambia completamente la formulazione e diventa molto simile a quella della vecchia scuola. Inoltre verificare la legge generale sui rapporti delle forze ti taglio + le forze di trazione corretti da coeficienti, che devono essere minori di 1.

Non contento di tutto ciò ti chiedi: ma la trazione? Ebbene visto che la forza che hai genererebbe una trazione sulla vite...vuoi non verificarla? Certo che sì, quindi si ritorna a

categoria E: Bulloni precaricati resitenti a trazione, alta resistenza 8.8/10.9 dove si hanno le seguenti verifiche:

- Ft,Ed<Ft,Rd cioè la forza orizzontale di trazione deve essere minore della forza di resistenza a trazione limite, dove si calcola come carico di rottura, area resistente, e un coefficiente di forma della vite (svasata, piana ecc)
- Ft,Ed<Bp,Rd cioè la forza orizzontale di trazione deve essere minore della forza limite a punzonamento, definita come diametro medio sottotesta o dado, spessore lamiera, carico rottura e altri fattori

Questo è quanto stabilito da normativa.

Inoltre il precarico per singolo bullone è dato come 0.7*fub*A/ym7 cioè sostanzialmente 60% dell'area resistente a trazione moltiplicata il carico di rottura.

Nel tuo caso specifico, secondo vecchia scuola, direi che è come hai indicato tu ed ovviamente la forza verticale va a generare una forza orizzontale di trazione che va sommata alla forza di precarico. Se hai dimensionato secondo normativa (ma anche con vecchia scuola) non puoi trovarti ad avere un bullone insufficiente alla forza di precarico e alla forza di reazione dovuta dal sistema specifico. Per rispondere alla tua domanda devi fare i conti con EUROCODICE 3 e vedrai se è vero o no soprattutto il discorso delle "rigidezze" come le chiami tu.
 

aguayo

Utente Junior
Professione: Studente
Software: Solidworks
Regione: Campania
Ok tutto più chiaro, in effetti esistono metodi diversi che confondono uno studente. Solo una cosa: più volte il professore ha ribadito che è preferibile non far lavorare a taglio i bulloni, il precarico si dà per avere attrito tra le due superfici in modo da bilanciare la forza che andrebbe a sottoporre il bullone a sforzo di taglio. Questo perchè? e in tal caso non occorre fare verifiche a taglio (categoria B) visto che non c'è, giusto?

Per il discorso della rigidezza intendo EA/L dove E modulo di Young, A sezione resistente, L lunghezza o spessore. Se sono Kb e Kp le rigidezze del bullone e della piastra, quella del bullone va calcolata considerando gambo e parte filettata in serie, la A della piastra è calcolata con una formula empirica, l'aliquota della forza orizzontale P che va a caricare bullone e quella che scarica piastra sono rispettivamente:

Pb = P * Kb/(Kp+Kb) Pp = P * Kp/(Kp+Kb)

ForzaBullone = Precarico + Pb ForzaPiastra = Precarico - Pp

Credo quindi che se EA/L della piastra è molto più elevata rispetto a quella del bullone, e ciò accade spesso a quanto vedo dagli esempi sui libri di testo, la forza sul bullone non discosterà molto da quella di precarico, pertanto anche dimensionando col metodo "vecchia scuola" non si dovrebbero aver problemi con l'applicazione del carico. Ovviamente questo discorso si può fare una volta che si conoscono i materiali.

Altra domanda che vorrei porre ai più esperti: in questo caso, come in genere, le norme forniscono metodi per la verifica della struttura da cui si possono trarre formule di progetto con le quali calcolare le dimensioni ricercate tuttavia visto che le verifiche sono molteplici occorrerebbe trovare il compromesso che le soddisfi tutte, qual è quindi una buona prassi? Scegliere dimensioni di tentativo, fare le verifiche e cambiare queste nel caso di esito negativo?
 

meccanicamg

Utente Senior
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Regione: Lombardia
Il dimensionamento può essere fatto a tentativo, con tabelle speciali, esperienza e formule empiriche. Tutto va bene, ma sta nelle verifiche vedere di quanto si è stati sovradimensionati.

Recupera l'Eurocodice 3 e vedrai quante cose troverai scritte e spiegate
 

ConfaMiky

Utente Junior
Professione: ufficio tecnico
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Regione: trentino
Buongiorno a tutti,
riperendo questo post perchè sto cercando di verififcare secondo UNI EN 1993-1-8 una connessione bullonata sollecitata a taglio e trazione simile a questo caso. Categoria B ed E.
Non riesco a capire se come valore di Ft,Ed devo considerare la sola forza di trazione o se devo sommare a questa il valore del precarico.
Nella verifica di resisitenza allo scorrimento immagino di dover utilizzare la formula 3.8a che tiene conto della combinazione di trazione e taglio; come valore di Ft,Ed,Ser è corretto utilizzare il valore della forza di trazione.
Risucireste a chiarirmi questi dubbi.
Grazie mille e buona giornata.
 

meccanicamg

Utente Senior
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Regione: Lombardia
Buongiorno a tutti,
riperendo questo post perchè sto cercando di verififcare secondo UNI EN 1993-1-8 una connessione bullonata sollecitata a taglio e trazione simile a questo caso. Categoria B ed E.
Non riesco a capire se come valore di Ft,Ed devo considerare la sola forza di trazione o se devo sommare a questa il valore del precarico.
Nella verifica di resisitenza allo scorrimento immagino di dover utilizzare la formula 3.8a che tiene conto della combinazione di trazione e taglio; come valore di Ft,Ed,Ser è corretto utilizzare il valore della forza di trazione.
Risucireste a chiarirmi questi dubbi.
Grazie mille e buona giornata.
Secondo la norma è la forza agente. Il precario viene calcolato a parte.
 

ConfaMiky

Utente Junior
Professione: ufficio tecnico
Software: Ansys, inventor
Regione: trentino
In questo modo la verifica a trazione è la stessa sia per la categoria D che per quella E. Il fatto che il bullone sia precaricato non viene preso in considerazione per la verifica a trazione. È corretto?
La verifica della resistenza a trazione della vite con precarico e carico a trazione va fatta a parte?
Grazie mille
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Che io sappia il precarico non influisce sulla resistenza a trazione. La verifica a trazione col precarico non va fatta perché è convenzionalmente l' 80% della resistenza a trazione della vite. Devi verificare che la forza di trazione di progetto (Fed) sia inferiore a quella resistente di progetto (Frd).
 

ConfaMiky

Utente Junior
Professione: ufficio tecnico
Software: Ansys, inventor
Regione: trentino
Sono daccordo con te che la verifica a trazione del solo precarico non va fatta perchè è circa il 70% della resistenza a trazione della vite.
Applicando un precarico però la vite è già sollecitata al 70%, quello che non capisco è perchè questo contributo non va sommato al contributo di un carico di trazione esterno nella verifica, ma va considerato solo il carico.
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Premetto che, frequentando le superiori, non ho visto la dimostrazione, però a quanto ho capito quando viene applicata una forza aggiuntiva di trazione oltre al precarico, una parte allunga ulteriormente la vite, l'altra parte provoca il distacco delle piastre compresse fra la vite e il dado e questo fra i due è il contributo nettamente maggiore.
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
Software: SolidWorks, FreeCAD, NanoCAD5, Me10, Excel, LibreOffice
Regione: Lombardia
Non si verifica mai il precario sul bullone. Tanto tiri e tanto è in grado di portare come carico. La valutazione del precario è a parte ma non rientra nelle verifiche di tensione del bullone.
 

ConfaMiky

Utente Junior
Professione: ufficio tecnico
Software: Ansys, inventor
Regione: trentino
Sono andato a rivedere il testo dello Shigley in cui si trattano le giunzioni bullonate. Nel testo viene calcolato un coefficiente di sicurezza n che tiene conto della rigidezza dei componenti e viene verificato con il coefficiente n0 che non ci sia distacco tra le piastre. Se ci fosse distacco il testo dice che il carico esterno viene sopportato solo dalla vite, in questa situazione essendoci distacco il precarico non c'è più immagino. Nella pratica voi come terreste conto del fatto che l'operatore che monta la macchina non utilizza una chiave dinamometrica e quindi non sono sicuro del precario applicato?
 

Mattymecc

Utente attivo
Professione: studente
Software: Autocad/Inventor
Regione: Emilia Romagna
Se l'unione è ad attrito devi ESSERE CERTO del precarico e applicare la coppia corretta. Altrimenti è un'unione soggetta a taglio e/o trazione e la verifichi nel confronto di queste sollecitazioni.
 

Francesco.ch

Utente poco attivo
Professione: Disegnatore meccanico
Software: Solidworks
Regione: Piemonte
Nel dimensionamento della bullonatura va fatta una distinzione. Se il bullone è soggetto solo al taglio allora il precarico è la forza che consente la verifica a trazione del bullone.
Nel caso ci sia una forza che tende a distaccare gli elementi serrati a quel punto in funzione della rigidezza degli elementi serrati e della vite si calcola il nuovo precarico e l azione serrante che sarà diminuita.
In entrambi i casi con la legge di HOOKE si calcola la sigma di snervamento ed è fatta.
 

volaff

Utente Senior
Professione: Studente
Software: Solidworks 2016,Ansys APDL
Regione: Campania
Ciao.
Giusto per curiosità.
Questo testo potrebbe essere adatto per l'argomento in oggetto?
Dimensionamento dei bulloni.

1621798983833.png
 

ConfaMiky

Utente Junior
Professione: ufficio tecnico
Software: Ansys, inventor
Regione: trentino
Ciao a tutti, nel mio caso il taglio è abbastanza basso mentre il valore di carico a trazione è abbastanza alto.
Ho utilizzato la procedura dell'esempio 8.5 dello Shigley per chi ha il testo. ( vite+piastra+piastra filettata).
Da li ho ricavato il fattore di carico e il fattore di sicurezza rispetto alla separazione per una vite M12 cl.8.8 e mi risulta verificata.
Per chi avesse voglia di fare una verifica ho utilizzato un valore di carico di 15000 N,spessore della piastra 16mm, spessore piastra filettata 16mm, rondella spessore 2 mm. Il materiale delle piastre è S235JR.
Con questi dati, ipotizzando la vite completamente filettata ho ricavato la rigidezza e da li il fattore di carico statico che mi risulta circa 3.7 mentre quello di sicurezza rispetto alla separazione di 4.4.
In realtà poi si è deciso di utilizzare viti M16 per la nostra applicazione.
Per vostra esperienza come verifichereste il collegamento se non siete sicuri del precarico che verrà utilizzato in fase di montaggio?
So che a volte vengono utilizzate viti di una classe superiore tipo 12.9, impostando un precarico di serraggio per viti 8.8 in modo da avere un margine maggiore a trazione. Secondo voi ha senso la cosa?
Grazie mille
 

meccanicamg

Utente Senior
Professione: Mechanical engineer manager
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Regione: Lombardia
Ciao a tutti, nel mio caso il taglio è abbastanza basso mentre il valore di carico a trazione è abbastanza alto.
Ho utilizzato la procedura dell'esempio 8.5 dello Shigley per chi ha il testo. ( vite+piastra+piastra filettata).
Da li ho ricavato il fattore di carico e il fattore di sicurezza rispetto alla separazione per una vite M12 cl.8.8 e mi risulta verificata.
Per chi avesse voglia di fare una verifica ho utilizzato un valore di carico di 15000 N,spessore della piastra 16mm, spessore piastra filettata 16mm, rondella spessore 2 mm. Il materiale delle piastre è S235JR.
Con questi dati, ipotizzando la vite completamente filettata ho ricavato la rigidezza e da li il fattore di carico statico che mi risulta circa 3.7 mentre quello di sicurezza rispetto alla separazione di 4.4.
In realtà poi si è deciso di utilizzare viti M16 per la nostra applicazione.
Per vostra esperienza come verifichereste il collegamento se non siete sicuri del precarico che verrà utilizzato in fase di montaggio?
So che a volte vengono utilizzate viti di una classe superiore tipo 12.9, impostando un precarico di serraggio per viti 8.8 in modo da avere un margine maggiore a trazione. Secondo voi ha senso la cosa?
Grazie mille
Se non si è sicuri del precarico non c'è classe di resistenza che tenga.
 

ConfaMiky

Utente Junior
Professione: ufficio tecnico
Software: Ansys, inventor
Regione: trentino
Scusa cosa intendi che non c'è classe di resistenza che tenga?
 

bip

Utente Junior
Professione: faccio funzionare le cose
Software: un grosso martello
Regione: un po' tutto il mondo
Che se non hai nemmeno un minimo di controllo ul precarico, come fai a calcolare se sia sufficiente?
Per quanto grande sia la vite, se è allentata non lavorerà mai ad attrito
 

Francesco.ch

Utente poco attivo
Professione: Disegnatore meccanico
Software: Solidworks
Regione: Piemonte
Io penso che utilizzare una classe maggiore di vite abbia senso per tutelarsi per serraggio elevato e soprattutto se dici di avere uno sforzo di trazione molto maggiore di quello a taglio( quello che mi preoccuperebbe di piu).Quello che farei io oltre ad una classe maggiore metterei una vite un po' più grossa così ti tuteli da entrambe le parti, sia per un serraggio troppo elevato che troppo basso.