Experimentální a výpočtová analýza lepeno-nýtovaných spojů v leteckých konstrukcích

Abstract

Diplomová práce se zabývá experimentální a výpočtovou analýzou lepeno-nýtových spojů používaných v leteckých konstrukcích, se zaměřením na jejich statickou únosnost. Zadání vzniklo na základě požadavku firmy Evektor, kde je využívání podlepených spojů u malých sportovních letadel běžné, avšak obvykle není zahrnováno do pevnostních analýz. Cílem práce bylo vytvořit metodiku, která umožní zahnout vliv lepidla. Experimentální část se skládá ze zkoušek smykových a tlakových vzorků, které vychází z reálných konstrukčních uzlů letounu. Součástí je i laboratorní stárnutí lepidla dle normy PV 1200, a to ve variantách 16 a 32 cyklů. Nad rámec zkušebního programu jsou provedeny doplňkové zkoušky za zvýšených teplot. Výsledky zkoušek ukázaly, že u smykových spojů dané konfigurace došlo podlepením ke zvýšení únosnosti až o 114 % po vystárnutí 32 cykly. Tlakové vzorky naopak ukázaly, že navýšení kritické síly při ztrátě stability není zdaleka tak markantní jako u smykových vzorků. Největšího nárůstu je dosaženo 16 cykly stárnutí, a to konkrétně o 13 %. Výsledky experimentů jsou porovnány s analytickými a MKP metodami výpočtu. Na základě výsledků je vytvořena metodika pro analytické výpočty, využívající v případě smykových vzorků metodu superpozice a korekční součinitel. Pro tlakové vzorky je využíváno MKP modelu s vhodně naladěnou tuhostí uložení.

The diploma thesis focuses on the experimental and computational analysis of bonded- rivet joints used in aircraft structures, with an emphasis on their static load-bearing capacity. The assignment was based on a request from Evektor, where the use of bonded-riveted joints is common in small sport aircraft, but not usually included in analyses. The aim of the thesis was to develop a methodology that would consider the influence of the adhesive. The experimental part consists of shear and compression tests based on real aircraft structural joints. It also includes laboratory aging of the adhesive according to the PV 1200 standard, with both 16 and 32 cycle variants. Supplementary tests at elevated temperatures were carried out beyond the original testing program. The test results showed that, for shear joints of the given configuration, bonding increased the load-bearing capacity by up to 114% after aging with 32 cycles. In contrast, the compression samples demonstrated that the increase in critical load during buckling was far less significant compared to the shear samples. The greatest increase, 13%, was achieved after 16 aging cycles. The experimental results are compared with analytical and finite element (FEM) methods. Based on the results, a methodology for analytical calculations was developed, utilizing the superposition method and a correction factor for shear samples. For compression samples, an FEA model with appropriately tuned support stiffness was employed.