Come calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni: una guida pratica per te

La scelta del bullone giusto può essere fonte di confusione quando sono in gioco resistenza e affidabilità. Cosa succede se il bullone si deforma o si rompe sotto pressione? Ecco perché è fondamentale comprendere il limite di snervamento quando si determina il bullone giusto per il proprio progetto.

La resistenza allo snervamento indica la massima sollecitazione che un bullone può sopportare prima di deformarsi in modo permanente. Scopriamo come calcolare la resistenza allo snervamento del bullone e prendere decisioni informate per le tue applicazioni.

Cos'è il limite di snervamento dei bulloni e perché dovrebbe interessarti?

Il limite di snervamento è la sollecitazione massima che un bullone può sopportare senza deformazioni permanenti. Sotto sforzo di trazione, un bullone si allunga elasticamente e torna alla sua forma originale quando il carico viene rimosso. Tuttavia, il superamento del limite di snervamento provoca una deformazione plastica, il che significa che il bullone non può tornare alle sue dimensioni originali.

Ad esempio, gli standard ASTM specificano i limiti minimi di snervamento per i bulloni. Un bullone BD di grado ½-13 deve avere almeno 18,500 lbf di limite di snervamento per soddisfare gli standard di sicurezza. Perché il limite di snervamento è importante?

• Sicurezza e affidabilità: Previene i cedimenti nei giunti bullonati causati da un serraggio eccessivo oltre il punto di snervamento.
• riutilizzabilità:I bulloni allungati oltre il limite di snervamento in genere non possono essere riutilizzati, con conseguente aumento dei costi e dei tempi di fermo.
• Considerazioni sulla progettazione:Gli ingegneri utilizzano il limite di snervamento per selezionare le qualità dei bulloni e garantire che i progetti possano sopportare i carichi previsti.
• Prevenire il serraggio eccessivo: I metodi di bullonatura controllata aiutano a evitare il superamento del punto di snervamento e potenziali cedimenti.

Come calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni

Per calcolare il limite di snervamento di un bullone, è possibile utilizzare le seguenti formule:

1. Formula metrica:

Resistenza allo snervamento (MPa) = Resistenza alla trazione × Percentuale di resistenza allo snervamento

2. Formula imperiale:

Limite di snervamento (psi) = Snervamento minimo (psi) × Area di stress (in²)

I gradi dei bulloni, come 4.6, 5.6, 8.8 o 12.9, forniscono un modo rapido per identificare la loro resistenza alla trazione e allo snervamento. Analizziamoli, ad esempio abbiamo il numero di bulloni: 5.6.

• Primo numero (5 in 5.6): Ciò rappresenta un centesimo della resistenza alla trazione del bullone in megapascal (MPa). Ad esempio, 5 significa che la resistenza alla trazione è 5 × 100 = 500 MPa.
• Secondo numero (6 in 5.6): Questo indica la percentuale della resistenza alla trazione che dà la resistenza allo snervamento. Ad esempio, 6 significa che la resistenza allo snervamento è il 60% della resistenza alla trazione.

Quindi, per un bullone di grado 5.6:

• Resistenza alla trazione = 500 MPa
• Resistenza allo snervamento = 500 MPa × 60% = 300 MPa

Il ruolo dei fattori di sicurezza nei calcoli della resistenza allo snervamento

Nelle applicazioni pratiche, un fattore di sicurezza viene spesso applicato per garantire che il bullone funzioni entro un intervallo di stress sicuro. Dove il fattore di sicurezza è in genere 1.5 o 2.0, a seconda dell'applicazione. Il fattore di sicurezza tiene conto delle incertezze nelle condizioni di carico, nelle proprietà dei materiali e nelle variazioni di fabbricazione.

Ad esempio, un bullone di classe 4.6 ha in genere un fattore di sicurezza di 1.5. Ecco come regolare la resistenza alla trazione e calcolare la resistenza allo snervamento:

1. Determinare la resistenza alla trazione: Resistenza alla trazione = 400 MPa
2. Calcolare il limite di snervamento iniziale: limite di snervamento = 400 MPa × 0.6 = 240 MPa
3. Applicare il fattore di sicurezza: limite di snervamento aggiustato = 240 MPa / 1.5 = 160 MPa

Tuttavia, un altro approccio comune applica direttamente il fattore di sicurezza alla resistenza alla trazione:

• Resistenza allo snervamento corretta = 400 MPa / 1.5 = 266.67 MPa

In molti casi, il limite di snervamento corretto viene arrotondato al valore standard più vicino, che per scopi pratici viene spesso riportato come 240 MPa.

Esempi passo passo di calcoli della resistenza allo snervamento dei bulloni

Esempio 1: Calcolo della resistenza allo snervamento per un bullone di grado 4.6

Supponiamo di avere un bullone di grado 10.9 con una resistenza alla trazione di 1000 MPa. Per questo grado, la percentuale di resistenza allo snervamento è del 90% e il fattore di sicurezza è 2.

1. Trova la resistenza alla trazione: Resistenza alla trazione = 10000 MPa (10 x 100)
2. Applicare il fattore di sicurezza: resistenza alla trazione regolata = 1000 MPa / 2 = 500 MPa
3. Calcolare il limite di snervamento: limite di snervamento = 500 MPa × 0.9 = 450 MPa

Questo calcolo garantisce che il bullone possa sopportare in modo sicuro le sollecitazioni senza deformarsi nelle applicazioni pratiche.

Esempio 2: Calcolo della resistenza allo snervamento per un bullone con diametro di 3/4 di pollice (unità imperiali)

Stai lavorando con un bullone F1554 Grado 36, che ha una resistenza minima allo snervamento di 36,000 psi. Il diametro del bullone è di 3/4 di pollice.

1. Trova l'area di sollecitazione: dalla tabella del passo della filettatura, l'area di sollecitazione per un bullone da 3/4 di pollice è 0.334 in².
2. Calcolare il limite di snervamento iniziale: limite di snervamento = 36,000 psi × 0.334 in² = 12,024 lbf
3. Applicare il fattore di sicurezza (ad esempio, 1.5): limite di snervamento corretto = 12,024 lbf / 1.5 = 8,016 lbf

Ciò garantisce il funzionamento sicuro del bullone sotto carico.

Gradi dei bulloni e loro applicazioni: cosa devi sapere

I bulloni sono disponibili in diverse qualità, ciascuna studiata per usi specifici. Ecco una rapida panoramica:

• Grado 4.6: Basso contenuto di carbonio, adatto per applicazioni leggere come progetti fai da te.
• Grado 5.6 e 6.6: Resistenza e malleabilità medie, perfette per condizioni climatiche estreme.
• Grado 8.8: È il grado più comunemente utilizzato, che offre un equilibrio tra resistenza e flessibilità.
• Grado 10.9: Bulloni ad alta resistenza utilizzati nella produzione automobilistica.
• Grado 12.9: Resistenza elevatissima per applicazioni aerospaziali e militari.

Perché la resistenza allo snervamento è importante nei tuoi progetti

Utilizzare il giusto grado di bullone garantisce la sicurezza e l'efficienza del tuo progetto. Ad esempio:

• Bulloni a bassa resistenza (4.6): Ottimo per le riparazioni domestiche.
• Bulloni ad alta resistenza (10.9 e 12.9): Essenziale per l'industria automobilistica e aerospaziale.
• Bulloni resistenti alle intemperie (5.6): Perfetto per strutture esposte a condizioni estreme.

Considerazioni finali

Comprendendo come calcolare la resistenza allo snervamento dei bulloni e incorporando i fattori di sicurezza, sei meglio equipaggiato per selezionare elementi di fissaggio che soddisfano le esigenze del tuo progetto. Sia che tu stia lavorando con unità metriche o imperiali, la chiave è conoscere la resistenza alla trazione, la percentuale di resistenza allo snervamento, l'area di sollecitazione e il fattore di sicurezza dei tuoi bulloni. Questi calcoli garantiscono sicurezza, affidabilità e convenienza nei tuoi progetti.

Tuttavia, questa è solo una parte dell'equazione. Per garantire prestazioni a lungo termine, hai bisogno di strumenti affidabili in grado di verificare le proprietà dei materiali e monitorare la tensione dei bulloni in condizioni reali.

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Riferimento:

• Luo, L., Qin, J., Zhao, D., & Wu, Z. (2020). Comportamento sismico delle connessioni End-Plate estese sottoposte a carico ciclico sul lato superiore della colonna. Materiali, 13(17), 3724.