Experimental and numerical studies of stress/strain characteristics in riveted aircraft lap joints

Zeng, Chao; Tian, Wei; Liu, Xiang Yao; Xue, Jiu Tian

doi:10.1007/s12206-019-0620-7

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“…Enquanto na Figura 10(b) é apresentado os esforços após o descarregamento, quando sucede o retorno elástico das tensões, onde se observa que a região do raio passa a sofrer esforços de tração. A Figura 10(b) revela uma concentração de tensões na região do raio da espiga, oriunda da transição geométrica que compõe a raiz da espiga [5,6,7], podendo ser extremamente prejudicial para uma falha por fadiga [3,4]. Analisando separadamente as tensões principais máximas e mínimas do modelo através da Figura 11(a) e (b) respectivamente, nota-se na região do raio da espiga que, tanto as tensões principais máximas quanto as tensões principais mínimas, estão com valores positivos, sendo que a tensão principal mínima na região crítica analisada é 179,7 MPa (tração) e a tensão principal máxima é 1211,3 MPa (tração).…”

Section: Análise Dos Resultadosunclassified

“…A fadiga das juntas rebitadas é relacionada com a tensão residual induzida pela rebitagem, especialmente a distribuição de tensões na superfície de contato [3]. De acordo com GIORGINI [4] a maioria das operações por conformação a frio apresentam elevado nível de tensão residual, devido ao fenômeno do encruamento, que é responsável pelo aumento da resistência mecânica e dureza, em contrapartida da redução da ductilidade e tenacidade do material.…”

unclassified

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Modelagem numérica do processo de rebitagem em palhetas de turbinas a vapor

Lanzendorf

Comeli²,

Castro

et al. 2020

Matéria (Rio J.)

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RESUMO A fragilização estrutural devido ao processo de rebitagem vem sendo pesquisada em diversos componentes, como por exemplo, em estruturas aeronáuticas. Este processo afeta a confiabilidade dos equipamentos quando são submetidos aos carregamentos de operação. O rotor de alta pressão em estudo operou cerca de 3000 horas após a manutenção de repalhetamento até detectar a falhar. Esta falha foi relacionada com as técnicas utilizadas no processo de rebitagem das bandagens nas palhetas, que acabou gerando trincas no raio de arredondamento das espigas de diversas palhetas. Deste modo, o presente estudo avalia numericamente o comportamento mecânico do processo de rebitagem por meio de uma análise não linear utilizando o método dos elementos finitos (MEF). Para a geometria em análise (punção, espiga e bandagem) foi escolhido uma configuração 2D, com comportamento axisymmetric, utilizando o elemento plane183 para os componentes, assim como os elementos contac172 e targe169 para os contatos. Foi aplicado um comportamento elasto-plástico do material a fim de investigar as tensões residuais após do processo de rebitagem. Os resultados da simulação apresentaram boa correlação com as falhas das palhetas, indicando concentração de tensão no raio da espiga. As tensões próximas ao raio são aproximadamente 1200 MPa e 180 MPa para a tensão máxima e mínima principal, respectivamente. Foi observado que a tensão máxima principal está acima do limite de escoamento. Contudo, estudos futuros utilizando outros modelos, como o da mecânica da fratura, seriam aplicados a fim de que não ocorra a falha da união quando esta for solicitada na fase de operação.

show abstract

Section: Análise Dos Resultadosunclassified

unclassified

Modelagem numérica do processo de rebitagem em palhetas de turbinas a vapor

Lanzendorf

Comeli²,

Castro

et al. 2020

Matéria (Rio J.)

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“…In the current research, the riveted joints were composed of the 2024‐T3 aluminum alloy sheet and 2,117‐T4 aluminum alloy rivet. The main mechanical properties are presented in Table 1 (Zeng, Tian, Liu, & Xue, 2019). Two types of samples were prepared for shear tests and pull‐out tests, respectively.…”

Section: Methodsmentioning

confidence: 99%

“…The main mechanical properties are presented in Table 1 (Zeng, Tian, Liu, & Xue, 2019). Two types of samples were prepared for shear tests and pull-out tests, respectively.…”

Section: Sample Preparationmentioning

confidence: 99%

Effect of hole perpendicularity error and squeeze force on the mechanical behaviors of riveted joints

Tian

et al. 2021

Microscopy Res & Technique

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In the automatic drilling and riveting process, the perpendicular error of the hole is inevitable, which has a great influence on the assembly quality. In the current research, the shear and pull-out behaviors of riveted joints under different perpendicularity errors and squeeze forces were investigated and compared by the quasi-static tests. The fracture of the failed samples was characterized by a scanning electron microscope and the formation process of fracture was discussed. The failure mechanisms of riveted joints were analyzed in detail to guide engineering applications. The test results demonstrated that the shear load and pull-out load of riveted joints increased slightly with the increase of the tilt angle from 0 to 4 . The perpendicularity error did not affect the shear and pull-out failure modes of the riveted joints.However, the squeeze force had a significant effect on the failure modes of the pullout samples. Fracture analysis showed that the failure of all shear samples occurred at the rivet shaft. Besides, when the squeeze force increased from 15 kN to 23 kN, the failure modes of the pull-out samples changed from the sheet to the rivet itself.

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“…The nominal diameter of the rivet is 4.76 mm and the length of the rivet shank is 11.1 mm. The mechanical properties of 2117-T4 and 2024-T3 aluminum alloys are shown in Table 1 [39,40]. In order to eliminate the in uence of specimen xture on the stress condition in the stacking area, the sheet size is set as 174 mm × 24 mm, in which the stacking area size is 24 mm × 24 mm and the clamping area size is 50 mm × 24 mm.…”

Section: Specimen Preparationmentioning

confidence: 99%

Study on shear properties of riveted lap joints of aircraft fuselage with different hole diameters

Tian

Liao

et al. 2021

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Riveting is the most important way to connect metal sheets, which is widely used in the connection of aircraft components. In this paper, the effect of different hole diameters on the shear properties of riveted lap joints were studied from the perspective of practical application. Considering the symmetry and the calculation time of the model, a 2D axisymmetric finite element method is established with the help of ABAQUS commercial finite element software, the validity of the finite element model is verified by experiment tests. Because the interference distribution has an important influence on the mechanical properties of riveted lap joints, the interference distribution and material flow characteristics in riveting process are analyzed in detail by using finite element method, and the shear characteristics of riveted lap joints in tensile process are explained. The variation of hole diameter with shear force under different squeeze force was obtained by shear test in order to explain the effect of hole diameter on the shear mechanical properties of riveted lap joint. In addition, the fracture mode and microstructure of the rivet shank were characterized by SEM and the formation process of brittleness and plastic fracture is discussed. Finally, the shear failure mechanism of riveted lap joint is analyzed in detail to provide guidance for engineering application. The test results show that all the specimens are both brittle and plastic mixed fracture modes of rivet shank, and the shear strength of the rivet increases with the increase of the hole diameter. Compared with increasing the squeeze force, increasing the hole diameter can effectively improve the shear strength of the riveted lap joint.

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Experimental and numerical studies of stress/strain characteristics in riveted aircraft lap joints

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