Análise estrutural e de fadiga de juntas rebitadas de uso aeronaútico utilizando o método dos elementos finitos

Abstract

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.