Numerical study of the fatigue life of aeronautical bolted assemblies with hole alignment defects
Résumé
One of the objectives for the civil aeronautics sector is to move towards the reduction of assembly operations hence improving productivity and reducing production costs. A new aeronautical assembly methodology consists in preparing, beforehand, all the parts to be assembled to their final dimensions and then positioning them and assembling them definitively in one go. However, it introduces a new problem linked to the inevitable misalignments between the parts to be assembled. One solution proposed is to increase the bore diameter, in order to be able to assemble parts normally designed with very small clearances. To observe the impact of these misalignments on the fatigue life, a test campaign was conducted on several batches of single lap specimens assembled with two fasteners. These experimental tests were conducted for two types of materials: titanium and aluminum. Several misalignment configurations were tested and are examined in comparison with a reference configuration without misalignments. In this paper, different numerical simulations will be represented for the most relevant configurations. The results of the finite element simulations will be exploited using a multi-axial fatigue approach based on the Crossland criterion. A correlation of the fatigue behavior between experimental and numerical configurations will be presented and discussed for several configurations and several types of misalignment. The comparison between numerical and experimental results is made according to the Wöhler type curves (S-N curves). The conclusions of the study will be detailed and recommendations will be defined to limit the risks of fatigue failure due to a misalignment configuration that is not well controlled.
Un des objectifs pour le secteur aéronautique civil est de s’orienter vers la réduction des opérations d’assemblage pour améliorer la productivité et réduire les coûts de production. Une nouvelle méthodologie d’assemblage aéronautique consiste à préparer, en amont, toutes les pièces à assembler à leurs dimensions finales puis de les positionner et les assembler définitivement du premier coup. En contrepartie, il introduit une nouvelle problématique liée aux désalignements inévitables entre les pièces à assembler. Une solution proposée est d’augmenter le diamètre d’alésage, afin de pouvoir assembler les pièces conçues normalement avec des jeux très faibles. Pour observer l’impact de ces désalignements sur la tenue en fatigue, une campagne d’essais a été menée sur plusieurs lots d’éprouvettes assemblées avec deux fixations, en simple recouvrement. Ces essais expérimentaux ont été menés pour deux types de matériaux : le titane et l’aluminium. Plusieurs configurations de désalignement ont été réalisées et sont examinées par rapport à une configuration de référence sans défaut. Dans cet article, différentes simulations numériques seront représentées pour les configurations les plus pertinentes. Les résultats des simulations éléments finis seront exploités à l’aide d’une approche de fatigue multiaxiale basée sur le critère de Crossland. Une corrélation du comportement de la tenue en fatigue entre les configurations expérimentales et numérique sera présentée et discutée pour plusieurs configurations et plusieurs types de désalignement. La comparaison entre les résultats numériques et expérimentaux est faite selon les courbes de type Wöhler (courbes S-N). Un bilan d’étude sera détaillé dans les conclusions avec la possibilité de définir des recommandations pour limiter les risques d’abattement de tenue en fatigue liés à une configuration de désalignement mal maîtrisée.
| Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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