During tightening of a screw, the variation in friction will affect the force acting on the joint, especially when tightening using torque as a control parameter. So, it is crucial to have a proper understanding of the contact mechanism and friction in the screw head to joint and thread interfaces. This will make it possible to develop tightening strategies that compensate for the friction variation to assure a better quality of the joint. This understating could be achieved through conducting experiments using a pin on disc tribometer. In the present study, the frictional behavior of three different coatings has been investigated using a tribometer. The study comprises both the experimental and numerical procedures. Experimental tests have been conducted to find the required material inputs for numerical modeling, and also, to log the results required for validation of the simulation results. The Central Composite Design (CCD) method has been employed for the design of experiments where the normal pressure and sliding velocity have been selected as the test parameters (design factors). For the numerical part of the study, the localized finite element model of the contact region of the pin and coated disc has been made in ANSYS. The model represents a portion of the test specimen used in the tribometer so that a high level of refinement could be applied. Two different approaches have been implemented in ANSYS to model the friction coefficient as a function of normal pressure and sliding velocity. The both approaches are based on a mathematical model for friction coefficient which has nine constants that could be determined using the experimental tests’ results. Also, a correction scheme for the contact stiffness has been implemented so that the mesh dependency of the model could be reduced significantly. Finally, the results of the numerical modeling have been compared with those obtained from experiments for friction force. The comparison shows a good agreement between them, proving the accuracy of the utilized numerical model and the correction scheme employed. / Vid åtdragning av en skruv kommer variationen i friktion att påverka kraften som verkar på fogen, speciellt vid åtdragning med vridmoment som styrparameter. Så det är avgörande att ha en ordentlig underskattning av kontaktmekanismen och friktionen i skruvhuvudet till skarvar och gänggränssnitt. Detta kommer att göra det möjligt att utveckla åtdragningsstrategier som kompenserar för friktionsvariationen för att säkerställa en bättre kvalitet på fogen. Denna underskattning kan uppnås genom att utföra experiment med en stift på skivtribometer. I föreliggande studie har friktionsbeteendet hos tre olika beläggningar undersökts med hjälp av en tribometer. Studien omfattar både de experimentella och numeriska procedurerna. Experimentella tester har genomförts för att hitta nödvändiga materialingångar för numerisk modellering, och även för att logga de resultat som krävs för validering av simuleringsresultaten. Central Composite Design (CCD) metod har använts för design av experiment där det normala trycket och glidhastigheten har valts som testparametrar (designfaktorer). För den numeriska delen av studien har den lokaliserade finita elementmodellen av kontaktområdet för stiftet och den belagda skivan gjorts i ANSYS. Modellen representerar en del av testexemplaret som används i tribometern så att en hög nivå av förfining kunde tillämpas. Två olika tillvägagångssätt har implementerats i ANSYS för att modellera friktionskoefficienten som en funktion av normalt tryck och glidhastighet. Båda tillvägagångssätten är baserade på en matematisk modell för friktionskoefficient som har nio konstanter som kan bestämmas med hjälp av de experimentella testernas resultat. Dessutom har ett korrigeringsschema för kontaktstyvheten implementerats så att modellens meshberoende kan reduceras avsevärt. Slutligen har resultaten av den numeriska modelleringen jämförts med de som erhållits från experiment för friktionskraft. Jämförelsen visar en god överensstämmelse mellan dem, vilket bevisar noggrannheten hos den använda numeriska modellen och det använda korrigeringsschemat.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-323869 |
| Date | January 2023 |
| Creators | Saeedi, Mohammadreza |
| Publisher | KTH, Skolan för industriell teknik och management (ITM) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-ITM-EX ; 2022:490 |
Page generated in 0.0028 seconds