Eksperymentalna i numeryczna analiza procesu instalacji nitu

• Autorzy: Korbel A. , Szymczyk E. , Skorupa A.

Warianty tytułu

EN

Experimental and numerical analysis of a rivet installation process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych oraz analiz numerycznych MES związane z procesem zakuwania nitu. Analizie poddano stosowane w polskim przemyśle lotniczym nity z łbem kulistym z materiału PA24 oraz blachy ze stopu D16CzATW. Zbadano, jak siła nitowania wpływa na charakterystyczne wymiary zakuwki oraz ekspansję otworu nitowego, a następnie uzyskane wyniki porównano z wynikami analiz MES. Ponieważ dotychczas stosowane metody pomiaru ekspansji otworu mogą być obarczone błędem, opracowano własną metodę pomiaru, cechującą się większą dokładnością. Zbadano, jak przyjęty w analizach MES model materiału nitu wpływa na jakość otrzymywanych wyników. Wykazano, że wierne odtworzenie procesu nitowania w MES wymaga odpowiedniego zdefiniowania modeli materiałowych stosowanych w tych analizach. Ponadto określono wpływ siły zakuwania nitu na rozkład oraz wielkość resztkowych naprężeń promieniowych i obwodowych wokół otworu nitowego.

EN

Experimental results and numerical FE analysis related to the riveting process are considered in the paper. The research has focused on the round head rivet and D16CzATW sheet material used by Polish aircraft manufacturers. The effect of rivet squeeze force on the rivet driven head dimensions and rivet hole expansion was experimentally investigated and the results were compared with the FE results. In view of an insufficient accuracy of hole expansion measurement methods used so far, a novel more accurate measurement technique developed by the present authors has been applied. FE results were obtained for various models of the rivet material. It was shown that an adequate numerical modelling of the rivet installation is conditioned by appropriate assumptions about the constitutive characteristics of the rivet material. The impact of the squeeze force on distributions and values of residual stresses generated by riveting was also determined.

Słowa kluczowe

PL

połączenia nitowe; nity lotnicze; siła zakuwania nitu; ekspansja otworu nitowego; naprężenia resztkowe; MES (metoda elementów skończonych)

EN

riveted joints; aircraft rivets; squeeze force; hole expansion; residual stresses; FEM

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 62, nr 2
• Strony: 181--200
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Korbel A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Wytrzymałości, Zmęczenia Materiałów i Konstrukcji, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Szymczyk E.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Mechaniczny, Katedra Mechaniki i Informatyki Stosowanej, ul. gen. S. Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

autor

Skorupa A.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, Katedra Wytrzymałości, Zmęczenia Materiałów i Konstrukcji, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] R. P. G. Muller, 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, Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Technology, The N etherlands, 1995.
• [2] G. Harish, T.N. Farris, H. L. Wang, A. F. Grandt, Nucleation and Growth of Cracks in Lap joints, [in:] 1999 USAF Aircraft Structural Integrity Program Conference, San Antonio, Texas, 30 November-2 December 1999, 1-14.
• [3] A. Skorupa, M. Skorupa, Riveted Lap Joints in Aircraft Fuselage: Design, Analysis and Properties, Springer, Dordrecht, Heidelberg, New York, London, 2012.
• [4] H. L. Wang, Evaluation of multiple site damage in lap joint specimens, Ph.D. Dissertation, Purdue University, West Lafayette, IN, 1998.
• [5] C. D. Rans, The role of rivet installation on the fatigue performance of riveted lap joints, Ph.D. Dissertation, Department of Mechanical and Aerospace Engineering, Carleton University, Canada, 2007.
• [6] M. Skorupa, A. Skorupa, T. Machniewicz, A. Korbel, An experimental investigation on the fatigue performance of riveted lap joints, Proceedings of the 25th Symposium of the International Committee on Aeronautical Fatigue (IC AF 2009), Bridging the Gap between Theory and Operational Practice, Ed. M.J. Bos, Rotterdam, 27-29 May 2009, 449-473.
• [7] E. Szymczyk, J. Godzimirski, The influence of riveting process on sheets fatigue life - the stress state analysis, Acta Mechanica et Automatica, 6, 1, 2012, 74-81.
• [8] M. Skorupa, T. Machniewicz, J. Schijve, A. Skorupa, A. Korbel, Measurements of rivet flexibility and load transfer in a lap joint, Proceeding of the European Conference on Fracture, ECF18, Dresden, Germany, 30 August-3 September 2010.
• [9] E. Szymczyk, The influence of residual stress fields and sheet thickness on stress distributions in riveted joint, Journal of KONE S, 17, 1, 2010, 441-448.
• [10] J. J. M. De Rijck, Stress analysis of fatigue cracks in mechanically fastened joints. An analytical and experimental investigation, Ph.D. Thesis, Delft University of Technology, The Netherlands, 2005.
• [11] J. Schijve, M. Skorupa, A. Skorupa, T. Machniewicz, P. Gruszczyński, Fatigue crack growth in the aluminium alloy D16 under constant and variable amplitude loading, International Journal of Fatigue, 26, Issue 1, 2004, 1-15.
• [12] AC 43.13-1B, Acceptable Methods, Techniques, and Practices - Aircraft Inspection and Repair, U.S. Department of Transportation, 1998.
• [13] MSC.Mark, Theory and user information, MSC Corp., 2005.
• [14] G. R. Johnson, W. H. Cook, A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rates and high temperatures, Proceedings of the 7th International Symposium on Ballistics, The Hague, The Netherlands, 1983, 541-547.
• [15] M. P. Szolwinski, The mechanics and tribology of fretting fatigue with application to riveted lap joints, Ph.D. Dissertation, Purdue University, West Lafayette, 1998.
• [16] E. Szymczyk, Numeryczna analiza zjawisk lokalnych w połączeniach nitowych konstrukcji lotniczych, WAT, Warszawa, 2013.
• [17] T. J. Fitzgerald, J. B. Cohen, Residual stresses in and around rivets in clad aluminum alloy plates, Materials Science and Engineering, 188, Issues 1-2, 1994, 51-58.
• [18] A. Skorupa, M. Skorupa, T. Machniewicz, A. Korbel, An Experimental Investigation on Crack Initiation and Growth in Aircraft Fuselage Riveted Lap Joints, Materials Science Forum, 726, 2012, 211-217.