Volume 3: Advanced Composite Materials and Processing; Robotics; Information Management and PLM; Design Engineering, 2012
The main aim of the present work is to study the effect of axial preload on the durability of aer... more The main aim of the present work is to study the effect of axial preload on the durability of aerospace fastened joints. For that, experimental and numerical approaches have been adopted to demonstrate the beneficial effect of axial preload on the fatigue life of representative aerospace fastened joints. In the experimental approach, an innovative tightening technique, based on iterative tightening, has been used to reduce the generated scatter induced on preload when using conventional torque tightening technique. The main benefit besides the use of this alternative tightening technique is to allow accurate preload introduction without geometry or stiffness modification, thus allowing to determine precisely the preload effect. The results shows the effect of preload on static resistance, fatigue life and failure mode of fastened joints. In the numerical approach, a 3D finite element model has been developed and the analysis of its behavior confirms and explains experimental observations. Analysis of longitudinal stresses through critical paths shows that the effect of high preload is beneficial due to the reduction of hydrostatic pressure and shear stress amplitude, leading to higher fatigue lives. Application of SWT and Crossland multiaxial fatigue criteria allows to correlate to experimental observations.
Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concer... more Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concern for modelling different tightening processes and for accurate fatigue dimensioning. This paper presents a new approach for calculating the axial stiffness of the several elements of a ...
-La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant... more -La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant, la plupart des modèles proposés concernent seulement des pièces de révolution avec un chargement axisymétrique. Cet article propose une démarche permettant la détermination de la raideur axiale des pièces assemblées de forme prismatique et pour une position quelconque du boulon d'assemblage. Deux modèles sont proposés : le modèle analytique s'appuie sur un découpage de la pièce en secteurs angulaires de rigidités différentes ; le modèle ((éléments-finis)) basé sur la détermination de l'énergie de déformation permet de prendre en compte les différents paramètres géométriques liésà la position du boulon sur la pièce. Les résultats obtenus sont confrontés. Ils débouchent sur une formulation permettant le calcul
Les travaux de cette these consistent a etudier les raideurs des elements constitutifs des assemb... more Les travaux de cette these consistent a etudier les raideurs des elements constitutifs des assemblages en fonction de tous les parametres definissant la conception. Cette etude s’appuie sur une modelisation par Elements Finis validee par une experimentation. Elle permet d’en tirer des modeles de calcul permettant une determination precise et rapide de ces raideurs. Dans la premiere partie, on montre l’interet de calculer avec precision les raideurs equivalentes des pieces et des boulons pour le dimensionnement de l’assemblage, une meilleure maitrise du serrage a l’angle ou de la mise en precontrainte par tendeur hydraulique. La connaissance des raideurs est egalement necessaire pour creer des modeles E.F simplifies. L’etude critique complete et l’analyse des principales methodes de calcul des raideurs equivalentes qui ont ete proposees jusqu’ici, montrent des differences importantes entre les formulations proposees. D’ou la necessite de reprendre ces etudes avec les moyens modernes ...
The flexibility of bolted assemblies of thin parts is a significant parameter, especially in calc... more The flexibility of bolted assemblies of thin parts is a significant parameter, especially in calculating the load distribution between the various fasteners in an assembly. This characteristic is poorly understood in the case of assemblies that are working both in plastic deformation-shearing and friction. The present study firstly focuses on flexibility of an assembly working only by friction. It highlights the influence of pre-stressing and the coefficient of friction on flexibility as also on hysteresis and assesses the influence of the assembled partsʼ geometrical characteristics. The study then goes on to consider a hybrid load transfer assembly. Simulations performed using ABAQUS software provided insight as to how the joint behaves in relation to the pre-stress applied. The results are compared to the case of an assembly working without pre-stress. Using these simulations, a model for determination is proposed. This allows the apparent flexibility of the fastener to be calcul...
Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concer... more Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concern for modelling different tightening processes and for accurate fatigue dimensioning. This paper presents a new approach for calculating the axial stiffness of the several elements of a bolt (the head and the engaged part), the nut and the fastened plates. Finite element modelling based on deformation energy improves the existing models and take in to account the type of materials and coefficients of friction of various elements in contact. From these corrections, approaches for axial stiffness calculation based on empirical formulas are proposed for easier application and for future FE modelling bolted joints using beam elements. Finally, the theoretical study is validated by an original experimental approach. ᭧
La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant,... more La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant, la plupart des modèles proposés concernent seulement des pièces de révolution avec un chargement axisymétrique. Cet article propose une démarche permettant la détermination de la raideur axiale des pièces assemblées de forme prismatique et pour une position quelconque du boulon d'assemblage. Deux modèles sont proposés : le modèle analytique s'appuie sur un découpage de la pièce en secteurs angulaires de rigidités différentes ; le modèle ((éléments-finis )) basé sur la détermination de l'énergie de déformation permet de prendre en compte les différents paramètres géométriques liésà la position du boulon sur la pièce. Les résultats obtenus sont confrontés. Ils débouchent sur une formulation permettant le calcul de la raideur axialeéquivalente de la pièce prismatique et sur la détermination de l'angle de basculement du plan de flexion de la tête de la vis.
Volume 3: Advanced Composite Materials and Processing; Robotics; Information Management and PLM; Design Engineering, 2012
The main aim of the present work is to study the effect of axial preload on the durability of aer... more The main aim of the present work is to study the effect of axial preload on the durability of aerospace fastened joints. For that, experimental and numerical approaches have been adopted to demonstrate the beneficial effect of axial preload on the fatigue life of representative aerospace fastened joints. In the experimental approach, an innovative tightening technique, based on iterative tightening, has been used to reduce the generated scatter induced on preload when using conventional torque tightening technique. The main benefit besides the use of this alternative tightening technique is to allow accurate preload introduction without geometry or stiffness modification, thus allowing to determine precisely the preload effect. The results shows the effect of preload on static resistance, fatigue life and failure mode of fastened joints. In the numerical approach, a 3D finite element model has been developed and the analysis of its behavior confirms and explains experimental observations. Analysis of longitudinal stresses through critical paths shows that the effect of high preload is beneficial due to the reduction of hydrostatic pressure and shear stress amplitude, leading to higher fatigue lives. Application of SWT and Crossland multiaxial fatigue criteria allows to correlate to experimental observations.
Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concer... more Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concern for modelling different tightening processes and for accurate fatigue dimensioning. This paper presents a new approach for calculating the axial stiffness of the several elements of a ...
-La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant... more -La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant, la plupart des modèles proposés concernent seulement des pièces de révolution avec un chargement axisymétrique. Cet article propose une démarche permettant la détermination de la raideur axiale des pièces assemblées de forme prismatique et pour une position quelconque du boulon d'assemblage. Deux modèles sont proposés : le modèle analytique s'appuie sur un découpage de la pièce en secteurs angulaires de rigidités différentes ; le modèle ((éléments-finis)) basé sur la détermination de l'énergie de déformation permet de prendre en compte les différents paramètres géométriques liésà la position du boulon sur la pièce. Les résultats obtenus sont confrontés. Ils débouchent sur une formulation permettant le calcul
Les travaux de cette these consistent a etudier les raideurs des elements constitutifs des assemb... more Les travaux de cette these consistent a etudier les raideurs des elements constitutifs des assemblages en fonction de tous les parametres definissant la conception. Cette etude s’appuie sur une modelisation par Elements Finis validee par une experimentation. Elle permet d’en tirer des modeles de calcul permettant une determination precise et rapide de ces raideurs. Dans la premiere partie, on montre l’interet de calculer avec precision les raideurs equivalentes des pieces et des boulons pour le dimensionnement de l’assemblage, une meilleure maitrise du serrage a l’angle ou de la mise en precontrainte par tendeur hydraulique. La connaissance des raideurs est egalement necessaire pour creer des modeles E.F simplifies. L’etude critique complete et l’analyse des principales methodes de calcul des raideurs equivalentes qui ont ete proposees jusqu’ici, montrent des differences importantes entre les formulations proposees. D’ou la necessite de reprendre ces etudes avec les moyens modernes ...
The flexibility of bolted assemblies of thin parts is a significant parameter, especially in calc... more The flexibility of bolted assemblies of thin parts is a significant parameter, especially in calculating the load distribution between the various fasteners in an assembly. This characteristic is poorly understood in the case of assemblies that are working both in plastic deformation-shearing and friction. The present study firstly focuses on flexibility of an assembly working only by friction. It highlights the influence of pre-stressing and the coefficient of friction on flexibility as also on hysteresis and assesses the influence of the assembled partsʼ geometrical characteristics. The study then goes on to consider a hybrid load transfer assembly. Simulations performed using ABAQUS software provided insight as to how the joint behaves in relation to the pre-stress applied. The results are compared to the case of an assembly working without pre-stress. Using these simulations, a model for determination is proposed. This allows the apparent flexibility of the fastener to be calcul...
Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concer... more Managing the axial stiffness of various components in a bolted joint is a major industrial concern for modelling different tightening processes and for accurate fatigue dimensioning. This paper presents a new approach for calculating the axial stiffness of the several elements of a bolt (the head and the engaged part), the nut and the fastened plates. Finite element modelling based on deformation energy improves the existing models and take in to account the type of materials and coefficients of friction of various elements in contact. From these corrections, approaches for axial stiffness calculation based on empirical formulas are proposed for easier application and for future FE modelling bolted joints using beam elements. Finally, the theoretical study is validated by an original experimental approach. ᭧
La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant,... more La détermination de la raideur des pièces assemblées a fait l'objet d'études récentes. Cependant, la plupart des modèles proposés concernent seulement des pièces de révolution avec un chargement axisymétrique. Cet article propose une démarche permettant la détermination de la raideur axiale des pièces assemblées de forme prismatique et pour une position quelconque du boulon d'assemblage. Deux modèles sont proposés : le modèle analytique s'appuie sur un découpage de la pièce en secteurs angulaires de rigidités différentes ; le modèle ((éléments-finis )) basé sur la détermination de l'énergie de déformation permet de prendre en compte les différents paramètres géométriques liésà la position du boulon sur la pièce. Les résultats obtenus sont confrontés. Ils débouchent sur une formulation permettant le calcul de la raideur axialeéquivalente de la pièce prismatique et sur la détermination de l'angle de basculement du plan de flexion de la tête de la vis.
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