Modelling the secondary bending in riveted joints with eccentricities

• Autorzy: Skorupa M. , Korbel A.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie wtórnego zginania w nitowych połączeniach z mimośrodem

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

For riveted joints with eccentricities of the load path, bending moments referred to as secondary bending are induced under nominally tensile loading conditions. Two simple theoretical models proposed in the literature to estimate the associated bending stresses are evaluated in the paper. Both approaches have been implemented in computer programs and applied to estimate the effect of several variables on the calculated bending stresses in the lap joint. Possibilities of the experimental and numerical verification of the models are also considered. Finally, a correlation between the secondary bending computed by one of the simple models and the observed fatigue properties of riveted specimens, as reported in the literature, is investigated. It is shown that deviations of the experimental results from the theoretical expectations stem from additional to secondary bending factors, like the inhomogeneous load transmission through the joint and the residual stresses induced by riveting process. These phenomena are known to be relevant to the fatigue behaviour of riveted joints, but they are not accounted for by the simple models. A conclusion from the present study is that despite the limitations and approximations inherent in the simple models, they provide reliable estimates of nominal bending stresses at the critical rivet rows and can be utilized in currently used semi-empirical concepts for predictions on the fatigue life of riveted joints.

PL

W artykule rozważono dwa proste teoretyczne modele zaproponowane w literaturze do analizy tzw. wtórnego zginania występującego w połączeniach nitowych z mimośrodem poddanych rozciąganiu. Modele te zostały zaimplementowane w programach komputerowych i zastosowane do określenia wpływu wybranych parametrów konstrukcyjnych połączenia nitowego oraz poziomu obciążenia na naprężenia wywołane wtórnym zginaniem. Wyniki uzyskane z wykorzystaniem modeli oraz dostępne eksperymentalne i numeryczne dane literaturowe sugerują, że obie koncepcje umożliwiają poprawną ocenę nominalnych naprężeń zginających w krytycznym rzędzie nitów. Przeprowadzone analizy wykazują, że odnotowaną w literaturze redukcję wytrzymałości zmęczeniowej połączenia nitowego w zależności od jego konfiguracji geometrycznej można powiązać ze wzrostem wtórnego zginania. Pokazano, że niezadowalająca ilościowa korelacja pomiędzy wynikami przewidywanymi przy użyciu jednego z rozważanych modeli a trwałością obserwowaną w badaniach zmęczeniowych próbek nitowanych wynika z nieuwzględnienia w rozważanych koncepcjach nierównomiernego transferu obciążeń przez złącza, a także pominięcia wpływu procesu nitowania. Równocześnie stwierdzono, że omawiane tu proste modele są dogodnym narzędziem do oceny wpływu wtórnego zginania i mogą znaleźć zastosowanie we współcześnie stosowanych półempirycznych metodach przewidywania trwałości zmęczeniowej złączy nitowych.

Słowa kluczowe

EN

riveted joint; secondary bending; theoretical model; fatigue life

PL

połączenie nitowe; zginanie wtórne; model teoretyczny; trwałość zmęczeniowa

• Wydawca: Komitet Budowy Maszyn PAN
• Czasopismo: Archive of Mechanical Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. LV, nr 4
• Strony: 369--387
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys.

Twórcy

autor

Skorupa M.

autor

Korbel A.

• AGH University of Science and Technology, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland,

Bibliografia

• [1] Schijve J.: Fatigue life until small cracks in aircraft structures. Durability and damage tolerance. Proc. FFA/NASA Int. Symp. on Advanced Structural Integrity Methods for Airframe Durability and Damage Tolerance., Hampton, Virginia, 1994, Harris C.H. ed., Part 2, Publ. No. 3274, pp.665-681.
• [2] Müller R. P. G.: An experimental and analytical investigation on the fatigue behaviour of fuselage riveted lap joints. The significance of the rivet squeeze force, and a comparison of 2024-T3 and Glare 3, Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, 1995.
• [3] Hartman A., Schijve J.: The effect of secondary bending on the fatigue strength of 2024-T3 Alclad riveted joints, NLR TR 69116U, Amsterdam, 1969.
• [4] Schijve J.: Some elementary calculations on secondary bending in simple lap joints, NLR TR 72036, Amsterdam, 1972.
• [5] Das G. K., Miller M., Sovar T.: Durability assessment of fuselage single shear lap joint with pads, Proc. of the 21st Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF' 2001), Design for Durability in the Digital Age, Ed. J. Rouchon, Toulouse, France, June 27-29, 2001, Vol. I, pp.567-595.
• [6] Skorupa M., Korbel A., Machniewicz T.: Analysis of secondary bending for riveted joints with eccentricities, Bulletin of the Military University of Technology, Warsaw, Accepted for publication in 2009 (in Polish).
• [7] Rans C. D., Straznicky P.V., Alderliesten R.C.: Effects of Rivet Installation on Residual Stresses and Secondary Bending Stresses in a Riveted Lap Joint, Proc. of 48th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Waikiki, Hawaii, 2007.
• [8] De Rijck R.: Stress analysis of fatigue cracks in mechanically fastened joints, Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, 2005.
• [9] Brenner L., Hübsch B.: Lebensdauer-Untersuchungen an Nietverbindungen, Report EF30 -TB 8, Dornier, Friedrichshafen, 1969.
• [10] Rodman G. A., Creager M.: Split mandrel vs spleet sleeve coldworking: dual methods for extending the fatigue life of metal structures. Proc. of FAA/NASA Int. Symp. of Advanced Structural Integrity Methods for Airframe Durability and Damage Tolerance, 4-6 May 1994, Hampton, VA, NASA-CP-3274, pp.1078-1086.
• [11] Homan J. J., Jongebreur A.A.: Calculation method for predicting the fatigue life of riveted joints. Proc. of the 17th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue (ICAF 1993), Durability and Structural Integrity of Airframes, Ed. A.F. Blom, Stockholm, 1993, Vol. I, pp. 175-190.