Die Blindniettechnik gilt als ein sehr schnelles und prozesssicheres Fügeverfahren. Blindniete werden überall dort eingesetzt, wo klassische Fügeverfahren, wie bspw. das Schweißen oder Schrauben, technologisch oder konstruktiv bedingt nicht eingesetzt werden können oder unwirtschaftlich sind. Zu den klassischen Anwendungsgebieten im Stahlleichtbau gehören die Befestigungen von Dach‐ und Wandverkleidungen. Darüber hinaus werden weitere Anwendungsfelder wie z. B. Hochregallager und Wohncontainer von der Blindniettechnik erobert. Leider bestehen seitens der Ausführung und Bemessung von Verbindungen mit Blindnieten im Stahlleichtbau für zuvor genannte Konstruktionen einige Hürden, sodass bislang immer auf einen bauaufsichtlichen Verwendbarkeitsnachweis zurückgegriffen werden muss. Dieser kann meist nur durch zeit‐ und kostenintensive Einzelfalluntersuchungen erlangt werden. Darüber hinaus ist die bestehende normative Regelung durch DIN EN 1993‐1‐3 sowie DIN EN 1090‐4 nach Meinung der Verfasser unzureichend, was einem breiteren Einsatz der Blindniettechnik momentan noch entgegensteht. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse aus systematischen Untersuchungen zur Abscher‐ und Lochleibungstragfähigkeit von Blindnieten und den damit hergestellten Verbindungen vorgestellt. Ziel der Untersuchungen war die Überprüfung und Erweiterung der im EC 3 bestehenden Bemessungs‐ und Ausführungsregeln für Blindnietverbindungen, um zukünftig einen rein rechnerischen Nachweis der DIN EN 1993‐1‐3 für querkraftbeanspruchte Blindnietverbindungen zu erlauben und somit den erforderlichen Aufwand für eine versuchsgestützte Bemessung zu reduzieren.
Mit der Entwicklung von Blindnieten mit Nenndurchmessern d > 6,4 mm ist eine steigende Tendenz der Anwendung im Stahlbau zu erkennen. Gründe für die verbreiterte Anwendung lassen sich vor allem in den Vorteilen gegenüber den klassischen Fügeverfahren finden. Blindniete werden überall dort eingesetzt, wo bspw. das Schweißen oder Schrauben technologisch oder konstruktiv bedingt nicht eingesetzt werden kann oder unwirtschaftlich ist. Bislang existieren seitens der Bemessung und Ausführung von Stahlbauten gemäß DIN EN 1993‐1‐8 bzw. DIN EN 1993‐1‐9 sowie DIN EN 1090‐2 für Blindnietverbindungen keine allgemeingültigen normativen Vorgaben, sodass auf bauaufsichtliche Verwendbarkeitsnachweise (ETA, abZ/aBG, ZiE) zurückgegriffen werden muss. In diesem Beitrag werden die Ergebnisse aus systematischen Untersuchungen zur Scher‐/Lochleibungstragfähigkeit und zur Schwingfestigkeit von Blindnieten und den damit hergestellten Verbindungen vorgestellt. Ziel der Untersuchungen war die Erweiterung der im Stahlbau bestehenden Bemessungs‐ und Ausführungsregeln nach der Normenreihe DIN EN 1993 bzw. DIN EN 1090 für Blindnietverbindungen, um zukünftig einen rein rechnerischen Nachweis gegen Querkraftbeanspruchung zu erlauben. Des Weiteren galt es, allgemeingültige Kerbfallklassen gemäß der DIN EN 1993‐1‐9 für die verschiedenen Blindniettypen und damit hergestellten Verbindungen zu definieren, um so auch den Ermüdungsnachweis nach dem Vorbild des Eurocode 3 zu ermöglichen.
Hip resurfacing arthroplasty may have distinct advantages for young and active patients, but large metal-on-metal bearings can be associated with increased wear, adverse tissue reactions and higher rate of implant loosening. Ceramic wear couples are a commonly used alternative to metals and therefore might be an alternative for hip resurfacing arthroplastys. The aim of this study was to evaluate the mechanical strength of femoral components made of an alumina-toughened zirconia composite by means of experimental testing and finite element analysis. For the mechanical characterization, ceramic femoral components (Ø: 48 mm) were tested under compression loading experimentally until fracture occurred or a maximum load of 85 kN was obtained. The femoral components were either loaded against a ceramic cup or a copper ring (outer diameter Ø: 7.0 mm). In addition, the complex geometry of the ceramic femoral component was simplified, and only the stem was loaded in a cantilever test until fracture. In addition, the fracture tests were numerically simulated to investigate the influence of additional loading conditions and geometric parameters, which were not experimentally tested. The experimental data were used for validation of the finite element analysis. None of the tested ceramic femoral components fractured at a compression load of 85 kN when they were loaded against a ceramic cup at an inclination angle of 45°. When the femoral components were loaded against a copper ring, the femoral components fractured at 29.9 kN at a testing angle of 45°. The fracture load was reduced when an angle of 30° and increased when an angle of 60° was simulated. Using an experimental cantilever test, the stem of the femoral component fractured at 1124.0 N. When the stem length was increased or the diameter was reduced by 10% in the finite element analysis, the fracture load was reduced. Decreasing the length or increasing the diameter led to an increase of the fracture load. The strongest influence was found for the reduction of the transition radius of the stem, with a decrease of the fracture load up to 27.2%. The analyzed femoral components made of alumina-toughened zirconia (ATZ) showed sufficient mechanical capability to withstand high loadings during unfavorable loading conditions. However, further biomechanical and tribological investigations are required before clinical application.
There is a barely manageable variety of blind rivets available on the market. This is because there is no universal product standard, which establishes the mechanical properties of blind rivets in a suitable manner. Whenever structural engineers dimension joints with blind rivets, they face a major challenge due to the lack of design values for the blind rivets themselves and the impractical application limits according to EN 1993‐1‐3. It is therefore necessary to determinate the design values of the blind rivets itself and for their applications in the field of steel lightweight construction in time and cost‐intensive experimental investigation. Furthermore, the regulations according to the ECCS, which allow the experimental‐based determination of design values for such applications, are insufficient, as they do not consider alternating stresses as well as compact joint dimensions. To close the gap of knowledge this paper presents results from systematic investigations on the shear and load‐bearing behavior of blind rivets and joints with blind rivets. Based on the investigations the authors suggest the extension of the current design and execution rules in order to allow a safe design by separate verification of the components and blind rivet.
Wherever joints in metal lightweight construction are only accessible from one side, joining techniques such as screwing or welding are uneconomic or inapplicable, blind fasteners and especially blind rivets as the most common type are the means of choice. Nevertheless, with the use of blind rivets, problems arise for the structural engineer, because of the lack of proper design rules according to the Eurocode 3. With the research affords of the authors this deficiency was eliminated for the field of normal strength steel in the past. However, with the increasing usage of high‐strength steels in such constructions, new problems emerge and the developed design rules are not valid yet. This paper presents results from quasi‐static tests on blind rivet joints with different steel grades of the components to extend the proposed design rules. Different effects were identified, which lead to a reduced shear resistance of the blind rivets. At the same time the results point out the benefits of high‐strength steels on the load‐bearing behaviour. Furthermore, results from fatigue tests on blind rivet joints are presented. These show a notable influence of the steel grade on the fatigue resistance of the joint as well as the potential for the design of such joints.
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