№84-21
Аналіз методів моделювання з’єднань з натягом у середовищі SolidWorks Simulation
А.О. Хруцький1, https://orcid.org/0000-0002-9332-1748
А.С. Громадський1, https://orcid.org/0000-0002-9910-9983
Ю.Г. Горбачов1, https://orcid.org/0000-0003-2676-9734
В.А. Громадський1, https://orcid.org/0000-0003-4481-0956
Вік.А. Громадський1 https://orcid.org/0000-0002-3988-1453
1Криворізький національний університет, Кривий Ріг, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2026, 84:266–275
Full text (PDF)
https://doi.org/10.33271/crpnmu/84.266
АНОТАЦІЯ
Мета. Розрахунок напружено-деформованого стану з’єднань з натягом типу «вал–втулка» та порівняльний аналіз різних методів їх моделювання в середовищі SolidWorks Simulation з метою визначення найефективнішого підходу для інженерних розрахунків.
Методика. Розрахунок здійснюється за допомогою трьох методів: застосування умови контакту Shrink Fit у складанні; окремий розрахунок деталей із завантаженням тиску на контактній поверхні; окремий розрахунок із застосуванням граничної умови радіального зміщення (Reference Geometry). Для кожного варіанта формується скінченно-елементна модель деталей із однаковими геометричними параметрами, механічними характеристиками матеріалу та величиною натягу. Порівняння виконується за точністю розподілу напружень і деформацій, фізичною коректністю отриманих результатів і тривалістю розрахунку.
Результати. Метод із використанням умови контакту Shrink Fit забезпечує найбільш фізично адекватне відтворення контактної взаємодії та коректний розподіл напружень у деталях. Проте обчислювальна складність контактної задачі призводить до значного збільшення часу моделювання, який у середньому у 17–18 разів перевищує час інших методів. Метод із прикладенням тиску дозволяє швидко виконувати розрахунок, але формує некоректний градієнт напружень у приповерхневій зоні втулки, що обмежує його застосування. Метод радіального зміщення поєднує високу швидкість (1–2 хвилини на деталь) із фізично коректним розподілом напружень і деформацій для обох деталей.
Наукова новизна. Встановлені залежності між точністю, швидкістю та фізичною адекватністю різних методів моделювання посадок з натягом, а також виявлено некоректний розподіл напружень у приповерхневій зоні при використанні методу тиску, що обмежує його застосування.
Практична значимість. Отримані дані розрахунку дозволяють обґрунтовано вибирати метод моделювання залежно від стадії проектування: метод радіального зміщення рекомендовано для повсякденної інженерної практики, а метод Shrink Fit — для фінальної валідації конструкцій.
Ключові слова: посадка з натягом, SolidWorks Simulation, напружено-деформований стан, метод скінченних елементів, контактна взаємодія, моделювання з’єднань, деформація.
Перелік посилань
1. Chen, C.-P., Ho, M., Li, T.-T., & Fuh, Y.-K. (2022). Numerical and Experimental Studies on the Load Characteristics of Geometric Interference of Steel-Aluminum Knurled Interference Fit. Metals, 12, 2078. https://doi.org/10.3390/met12122078
2. Madej, J., & Sliwka, M. (2021). Analysis of Interference-Fit Joints Applied Sciences, 11, 11428, https://doi.org/10.3390/app112311428
3. Nagib Elmekawy, A.M., Badr, T., & Elgamal, H. (2023). Interference Fit Contact Finite Element Modelling and Optimization for Modal Analysis and Friction Instability. AIAA SCITECH 2023 Forum, 23–27 January 2023. https://doi.org/10.2514/6.2023-2233
4. Paredes, M., Nefissi, N., & Sartor, M. (2012). Study of an interference fit fastener assembly by finite element modelling, analysis and experiment. International Journal on Interactive Design and Manufacturing, 6(3), 171–177. https://doi.org/10.1007/s12008-012-0146-z
5. Sikanen, E., Heikkinen, J. E., & Sopanen, J. (2018). Shrink-fitted joint behavior using three-dimensional solid finite elements in rotor dynamics with inclusion of stress-stiffening effect. Advances in Mechanical Engineering, 10(6). https://doi.org/10.1177/1687814018780054
6. Wang, C.-P., Qi, H.-Y., Hao, W.-X., & Hou, D.-M. (2022). Three-dimensional contact surface modeling and stress analysis of interference fit based on cylindricity error. Archive of Applied Mechanics, 92(3), 993–1014. https://doi.org/10.1007/s00419-021-02089-8
7. SOLIDWORKS Help. https://help.solidworks.com/2020/English/SolidWorks/sldworks/r_welcome_sw_online_help.htm
8. Luo, H. Y., Liu, C. J., & Li, K. (2010). Contacting Model Considerations of Interference Fit for Shaft-Hub System. Advanced Materials Research, 118–120, 294–298. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amr.118-120.294
9. Armillotta, A. (2023). Tolerance analysis by static analogy on 2D assemblies with fits and fasteners. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 127(1–2), 507–525. https://doi.org/10.1007/s00170-023-11536-5
дата першого надходження статті до видання – 14.01.2026
дата прийняття до друку статті після рецензування – 22.02.2026
дата публікації (оприлюднення) – 30.03.2026