Evaluation of the measurement uncertainty during the tensile tests of high-strength bolts

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

A developed methodology for evaluating measurement uncertainty during the tensile tests of metals and alloys is presented. In this connection, the various sources of uncertainty are considered. The object of studies included high-strength bolts made of 40Kh “Selekt” steel, which were subjected to tensile tests according to the GOST 1497-85 State Standard using a UMM-100 universal tensile testing machine. The basic sources of uncertainty in the measurement of relative elongation and reduction were shown to include repeated measurements of relative elongation; errors of measuring the finite length by a vernier calliper and marking the initial length of a calculated section, as well as the measurement error of the tensile testing machine. These also include operator reading error, repeated relative reduction measurements, as well as the error of measuring the sample diameter by a micrometer before and after the tests. During the measurements, temperature deviation was demonstrated to constitute an additional source of uncertainty when the ambient temperature is different from the standard temperature value ((20±5)°C). Assumptions underlying laws describing the distribution of input values were assigned. Tensile tests are shown to be characterised by two components of uncertainty evaluated as types A and B. A mathematical model constructed for measuring relative elongation and relative reduction during tensile tests is presented. The standard uncertainties of input values are evaluated based on the assumed laws of their distribution. A correlation between the final length of the calculated section, the diameter of the sample following the test, and the applied force, is revealed. Expressions for the calculation of sensitivity coefficients, which characterize variations in the output value (relative elongation) depending on variations of input values, were obtained. The total and extended measurement uncertainties were evaluated. Based on the performed studies, a procedure for evaluating measurement uncertainty when carrying out tensile tests of high-strength bolts was described. The evaluation of measurement uncertainty during the product testing was shown to be a rather labourconsuming work. In this regard, the authors propose the development of procedures for evaluating the measurement uncertainty during the tests with their inclusion into regulatory documents for control methods.

About the authors

D. N. Khamkhanova

East Siberia State University of Technology and Management

Email: darima-1956@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-2432-212X

M. T. Khadykov

East Siberia State University of Technology and Management

Email: khadykovmihail@yandex.ru

V. I. Mosorov

East Siberia State University of Technology and Management

Email: vlmosorov@yandex.ru

K. K. Bakhrunov

East Siberia State University of Technology and Management

Email: bkk1975@mail.ru

References

  1. Парышев Д. Н., Герасимов В. Я. Влияние длины болтов на прочность при растяжении // Транспортное строительство. 2009. № 6. С. 14–15.
  2. Шаповалов В. В. Анализ применения болтов различного класса прочности в стальных каркасах промышленных зданий // Дни науки студентов Владимирского государственного университета имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых: матер. науч.-практ. конф. (г. Владимир, 22 марта – 9 апреля 2021). Владимир: Изд-во ВлГУ, 2021. С. 594–602.
  3. Гуль Ю. П., Ивченко А. В., Кондратенко П. В., Перчун Г. И. Сравнительный анализ комплекса механических свойств, полученных при испытаниях готовых болтов и обточенных образцов // Наука та прогрес транспорту. Вісник Дніпропетровського національного університету залізничного транспорту. 2015. № 4. С. 132–141. https://doi.org/10.15802/STP2015/50121.
  4. Гладштейн Л. И., Бабушкин В. М. Высокопрочные болты класса прочности 12.9 в монтажных соединениях строительных металлоконструкции // Промышленное и гражданское строительство. 2011. № 6. С. 37–39.
  5. Кутяйкин В. Г., Горбачев П. А. Оценивание неопределенности при определении прочностных характеристик материалов // Компетентность. 2021. № 7. С. 16–20. https://doi.org/10.24412/1993-8780-2021-7-16-20.
  6. Одесский П. Д. Перспективные требования к высокопрочным болтам для монтажных соединений металлических конструкции в северном исполнении // Вестник НИЦ «Строительство». 2017. № 3. С. 155–162.
  7. Горицкий В. М., Гусева И. А., Сотсков Н. И., Гук В. О. Сравнение качества высокопрочных болтов класса прочности 12,9, изготовленных различными производителями // Крепеж, клеи, инструмент и… 2013. № 2 С. 26–29.
  8. Kodur V. R., Khaliq W., Kand S. Effect of temperature on thermal and mechanical properties of steel bolts // Journal of Materials in Civil Engineering. 2012. Vol. 24. No. 6. Р. 765–774. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000445.
  9. Sun Xiao-ming, Zhang Yong, Wang Dong, Yang Jun, Xu Hui-chen, He Man-chao. Mechanical properties and supporting effect of CRLD bolts under static pull test conditions // International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2017. Vol. 24. 1–9. https://doi.org/10.1007/s12613-017-1372-y.
  10. Li Guangde, Zhang Changrui, Hu Haifeng, Zhang Yudi. Preparation and mechanical properties of C/SiC nuts and bolts // Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 547. P. 1–5. https://doi.org/10.1016/j.msea.2012.03.045.
  11. Yahyai M., Kodur V. R., Residual mechanical properties of high-strength steel bolts after exposure to elevated temperature // Journal of Materials in Civil Engineering. 2018. Vol. 30. Iss. 10. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002416.
  12. Daryan A. S., Ketabdari H. Mechanical properties of steel bolts with different diameters after exposure to high temperatures // Journal of Materials in Civil Engineering. 2019. Vol. 31. Iss. 10. Р. 04019221. https://doi.org/10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0002865.
  13. Ibrahim R. A., Pettit C. L. Uncertainties and dynamic problems of bolted joints and other fasteners // Journal of Sound and Vibration. 2005. Vol. 279. Iss. 3-5. P. 857–936. https://doi.org/10.1016/j.jsv.2003.11.064.
  14. Imamovic N., Hanafi M. Assessment of uncertainty quantification of bolted joint performance // Model Validation and Uncertainty Quantification: Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series / eds. R. Barthorpe, R. Platz, I. Lopez, B. Moaveni, C. Papadimitriou. Cham: Springer, 2017. Vol. 3. P. 145–157. https://doi.org/10.1007/978-3-319-54858-6_15.
  15. Shah V. N. Uncertainty of preloads in closure bolts for transportation casks for hazardous and radioactive materials // ASME 2008 Pressure Vessels and Piping Conference (Chicago, Illinois, 27–31 July 2008). Chicago, Illinois, 2008. Vol. 7. P. 215–223. https://doi.org/10.1115/PVP2008-61360.
  16. Lin Qingyuan, Zhao Yong, Sun Qingchao, Chen Kunyong. Reliability evaluation method of anti-loosening performance of bolted joints // Mechanical Systems and Signal Processing. 2022. Vol. 162. Р. 108067. https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2021.108067.
  17. Zhao Yongsheng, Fu Huirong, Wang Lixia, Wu Hongchao, Li Shunlei. Research on design method of timevarying uncertainty of bolted connections // Materials Science and Engineering: IOP Conference Series. 2019. Vol. 612. Iss. 3. Р. 032077. https://doi.org/10.1088/1757-899X/612/3/032077.
  18. Zhang Lin, Wang Meng, Zhao Hongbo, Chang Xu. Uncertainty quantification for the mechanical behavior of fully grouted rockbolts subjected to pull-out tests // Computers and Geotechnics. 2022. Vol. 145. Р. 104665. https://doi.org/10.1016/j.compgeo.2022.104665.
  19. Ruan M. The variability of strains in bolts and the effect on preload in jointed structure. Houston, Texas, 2019.
  20. Benmokrane B., Xu Haixue, Bellavance E. Bond strength of cement grouted glass fibre reinforced plastic (GFRP) anchor bolts // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences & Geomechanics Abstracts. 1996. Vol. 33. Iss. 5. P. 455–465. https://doi.org/10.1016/0148-9062(96)00006-X.
  21. Петров В. А., Хамханова Д. Н. Оценивание неопределенности измерений при поверке вольтметра Э8030- М1 // Образование и наука. Секция: Обеспечение и контроль качества продукции и услуг: матер. Национальной науч.-практ. конф. (г. Улан-Удэ, 15 апреля 2021 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2021. С. 33–38.
  22. Петров В. А., Хамханова Д. Н. Оценивание неопределенности измерений при поверке вольтметра Д5081 // Образование и наука. Секция: Обеспечение и контроль качества продукции и услуг: матер. Национальной науч.-практ. конф. (г. Улан-Удэ, 15 апреля 2021 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2021. С. 4–10.
  23. Хамханова Д. Н., Сундарон Э. М. Источники неопределенности при поверке мерной стеклянной колбы // Advances in Science and Technology: сб. ст. XXVI Междунар. науч.-практ. конф. (г. Москва, 31 января 2020 г). Москва: ООО «Актуальность.РФ», 2020. Т. I. С. 157–159.
  24. Зандраев А. Б., Хамханова Д. Н. Оценивание неопределенности измерений при поверке весов электронных ET-1200-E // Качество как условие повышения конкурентоспособности и путь к устойчивому развитию: материалы Региональной науч.-практ. конф. (г. УланУдэ, 26–28 ноября 2018 г.). Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2018. С. 68–74.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).