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ボルト・ナットに代表されるねじ部品は,機械構造 物や機器の締結にもっとも広く使用されている機械要 素である.一般に締め付け作業は常温状態で実施され るが,運転状態になって熱負荷を受けると,締結部周 辺の不均一な温度分布によりボルト軸力は変化する. その結果,過大なボルト軸力やゆるみが発生し,最悪 の場合は機械構造物全体の機能喪失につながることが ある.とくに,熱負荷を受け始めて比較的短い時間内 の非定常温度場状態では,ボルト軸力が大きく変化す るケースが多い.以上の点から,機械や機器の運転状 態におけるボルト軸力と曲げモーメントの時間変化を 簡単に推定できる手法の確立は,締結部の安全管理の 観点から重要といえる.近年,有限要素法に代表され る数値解析技術はめざましい発展を遂げており,接触 面の熱抵抗を考慮して,熱負荷を受けるボルト締結体 の熱・力学挙動を高い精度で推定できる手法が提案さ れている 1),2).しかしながら,締結部の形状や材料, 締め付け条件,熱負荷の作用形態は多岐にわたってお り,それぞれの場合に対して数値解析を実施すること は必ずしも実用的ではない. そこで本研究では,締結部周辺の温度をサーモグラ フィで測定することにより 3),ボルト軸力と発生する 曲げモーメントの時間変化を,実用的な精度で求める ことができる簡易推定法を提案する.簡易推定法では, 締結体各部の寸法と材料特性,締め付け条件を既知と し,ボルト締結体を一次元ばねの集合体としてモデル 化する.また,入力として与えるボルトの周辺温度は, サーモグラフィによる実測値の代わりに,文献 2で提 案した解析手法を用いて求めた結果を使用する.提案 する簡易推定法の有効性は,ボルト軸力と曲げモーメ ントの時間変化について,上記の有限要素解析から得 られた結果と比較することにより確認する.本研究の 完成により,ボルト軸力と曲げモーメントの時間変化 を非接触かつリアルタイムで推定することが可能とな るため,運転状態における締結部の安全性向上に貢献 できると考えられる.

A Simplified Method for Estimating Variations of Bolt Preload and Bending Moment in Bolted Joints under Thermal Load