Orientador: Fernando de Azevedo Silva / Banca: José Elias Tomazini / Banca: Silvana Aparecida Barbosa / Resumo: Juntas rebitadas sobrepostas representam elementos críticos na construção de estruturas aeronáuticas quando projetadas à fadiga. Por serem elementos de fixação largamente utilizados na indústria aeronáutica, o estudo de suas propriedades e variáveis à fadiga tem sido cada vez mais amplo. A variável que tem mostrado possuir alta influência na resistência à fadiga de juntas rebitadas é a força de aperto aplicada no processo de rebitagem. A vida da peça tende a ser maior quando o valor dessa força é aumentado. O método dos elementos finitos, que é uma ferramenta de cálculo aplicada nos mais diversos campos de atuação e tem se tornado parte indispensável de projetos mecânicos, é utilizado nesta dissertação para a análise de uma junta rebitada sobreposta de uso aeronáutico. A junta é simulada levando em conta as etapas do processo de fabricação e aplicação, a fim de realizar a análise de seu comportamento mecânico e calcular sua vida em fadiga. Através de um teste experimental de tração monotônica foram obtidos valores de deformação com extensômetros, e é feita a correlação desses dados com o modelo numérico a fim de validar a modelagem. Em seguida são feitas mais duas análises com diferentes forças de aperto, com o objetivo de verificar a influência dessa variação na vida em fadiga da peça. / Abstract: Riveted lap joints represent a critical element in metallic airframe construction when designing against fatigue. These elements are widely used in the aerospace industry, so the study of the fatigue's properties and variables has been increasingly broad. The variable that has shown to have a high influence on the fatigue strength of riveted joints is the clamping force applied to the riveting process. The life of the part tends to be higher when the clamping force applied is increased. The finite element method, which is a calculation tool applied in various fields of activity and has become an indispensable step of mechanical design, is used in this dissertation for the analysis of a riveted lap joint of aeronautic use. The joint is simulated considering the stages of the manufacturing process and application, in order to perform analysis of mechanical behavior and calculate the fatigue life. Through an experimental test of monotonic tensile, strain values were obtained with strain-gauges, and is made the correlation of these data with the numerical model to validate the modeling. Finally two more tests are made with different clamping forces, in order to check the influence of this variation in fatigue life of the joint. / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:28:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-12-15Bitstream added on 2014-06-13T18:57:54Z : No. of bitstreams: 1 arbex_aa_me_guara.pdf: 3130393 bytes, checksum: e1c62358ab112fd781ed4b9dfabf900d (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Juntas rebitadas sobrepostas representam elementos críticos na construção de estruturas aeronáuticas quando projetadas à fadiga. Por serem elementos de fixação largamente utilizados na indústria aeronáutica, o estudo de suas propriedades e variáveis à fadiga tem sido cada vez mais amplo. A variável que tem mostrado possuir alta influência na resistência à fadiga de juntas rebitadas é a força de aperto aplicada no processo de rebitagem. A vida da peça tende a ser maior quando o valor dessa força é aumentado. O método dos elementos finitos, que é uma ferramenta de cálculo aplicada nos mais diversos campos de atuação e tem se tornado parte indispensável de projetos mecânicos, é utilizado nesta dissertação para a análise de uma junta rebitada sobreposta de uso aeronáutico. A junta é simulada levando em conta as etapas do processo de fabricação e aplicação, a fim de realizar a análise de seu comportamento mecânico e calcular sua vida em fadiga. Através de um teste experimental de tração monotônica foram obtidos valores de deformação com extensômetros, e é feita a correlação desses dados com o modelo numérico a fim de validar a modelagem. Em seguida são feitas mais duas análises com diferentes forças de aperto, com o objetivo de verificar a influência dessa variação na vida em fadiga da peça. / Riveted lap joints represent a critical element in metallic airframe construction when designing against fatigue. These elements are widely used in the aerospace industry, so the study of the fatigue’s properties and variables has been increasingly broad. The variable that has shown to have a high influence on the fatigue strength of riveted joints is the clamping force applied to the riveting process. The life of the part tends to be higher when the clamping force applied is increased. The finite element method, which is a calculation tool applied in various fields of activity and has become an indispensable step of mechanical design, is used in this dissertation for the analysis of a riveted lap joint of aeronautic use. The joint is simulated considering the stages of the manufacturing process and application, in order to perform analysis of mechanical behavior and calculate the fatigue life. Through an experimental test of monotonic tensile, strain values were obtained with strain-gauges, and is made the correlation of these data with the numerical model to validate the modeling. Finally two more tests are made with different clamping forces, in order to check the influence of this variation in fatigue life of the joint.

The objective of this study is to model and analyze a three dimensional single riveted lap joint (with and without a crack). By using finite element method, stress and fracture analyses are carried out under both the residual stress field and external tensile loading. Using a two step simulation, riveting process and subsequent tensile loading of the lap joint are simulated to determine the residual and overall stress state. Residual stress state due to riveting is obtained by interference and clamping misfit method. By employing different interference and clamping misfit values, the effects of riveting process parameters on stress state are examined. Two cracks namely the semi elliptical surface crack at faying surfaces of plates and the quarter elliptical corner crack at rivet hole are the most widely observed crack types in riveted joints. Fracture analysis of cracked riveted joints is carried out by introducing these two crack types to the outer plate at a plane perpendicular to the loading. The mixed mode stress intensity factors (SIFs) and energy release rates (G) around the crack front are obtained by using displacement correlation technique (DCT). Effects riveting process parameters (interference and clamping ratios) and geometrical parameters (crack shape and size) on fracture parameters are studied. The stress intensity factor solutions presented herein could be useful for correlating fatigue crack growth rates, fracture toughness computation, and multiple site damage (MSD) analysis in aircraft bodies.