Calculation Memorial for Failures at Riveted Joints

Failures Related to Riveted Joints:

According to Collins (2006), in the analysis of riveted joints and connections, it is generally assumed that the flexion and the traction on the rivets can be neglected, that the friction between the parts does not contribute to the transfer of force through the union, and that the stresses may be neglected. It is considered that the shear on the rivets is uniform and equally divided between the rivets. Thus, the critical points can be identified as: traction failure of the net cross section between two rivets, cross-section shear of the rivet, compressive support failure between the rivet and the plate, tearing of the plate at an edge, tearing of the plate across a row of rivets.



The failures considered for the rivet in question are caused by double shear stresses and crushing.



Double shear:

The fault identified by the team as the most critical was double shear, and it is for which the rivet design is being performed.



For shear rivets, the shear stress is given by the equation shown in Figure 1.

Fig 1. Shear stress equation.

Crush Stress: The fault caused by crushing stress is nothing more than the contact pressure between the rivet and the plate, and is given by the equation shown in figure 2.

Fig 2. Crush stress equation.

The failures considered for the sheet in question are those of axial traction, compression caused by the rivet and edge restraint caused by the rivet.

Axial Traction:

Considered by the team as the most critical fault for the plate, in the project in question, axial traction failure can be calculated by the following equation:

Where: 𝑏 = Plate width (mm), 𝐷ℎ = Hole diameter (mm), 𝐹𝑠 = Total shear load (N), 𝑁𝑟 = Number of rivets supporting load, 𝑡 = Plate thickness (mm), σ𝑡 = Tractive Stress (N / mm2);

Compression Caused by Rivet:

The compression caused by the rivet is in reality the compressive support failure, and the compressive support stress can be calculated from the equation:

Where: 𝐷𝑟 = Diameter of the rivet (mm), 𝐹𝑠 = Total shear load (N), 𝑁𝑟 = Number of rivets supporting the load, 𝑡 = Plate thickness (mm), σ𝑐 = Compressive support stress (N / mm2);

Tearing of the Plate at an Edge:

For the edge tear failure, the tearing tractive stress of the edge is demonstrated in the following equation:

Where: 𝑑𝑒 = Diameter of the hole to be riveted (mm), 𝐹𝑠 = Total shear load (N), 𝑁𝑟 = Number of rivets supporting the load, 𝑝 = Spacing between holes (mm), 𝑡 = Plate thickness (mm) , σ𝑒 = shear stress (N / mm2);

Memorial de Cálculo para Falhas em Juntas Rebitadas

Falhas Relacionadas à junta rebitada:
Segundo Collins (2006), na análise de uniões e conexões rebitadas, é normalmente suposto que a flexão e a tração nos rebites possa ser desprezada, que a fricção entre as peças não contribua para a transferência de força através da união, e que as tensões residuais possam ser desprezadas. É considerado que o cisalhamento nos rebites seja uniforme e igualmente dividido entre os rebites. Sendo assim os pontos críticos podem ser identificados como: falha em tração da seção transversal líquida entre dois rebites, cisalhamento da seção transversal do rebite, falha de apoio compressivo entre o rebite e a chapa, cisalhamento da borda no furo do rebite, rasgamento da borda no furo do rebite.

As falhas consideradas para o rebite em questão, são causadas por tensões de cisalhamento duplo e esmagamento.

Cisalhamento Duplo:
A falha identificada pela equipe como a mais critica, foi a de cisalhamento duplo, e é para qual o dimensionamento do rebite está sendo realizado.

Para rebites em cisalhamento, a tensão de cisalhamento é dada pela equação mostrada na figura 1.

Fig 1. Equação da tensão de cisalhamento.

Tensão de Esmagamento: A falha ocasionada por tensão de esmagamento, nada mais é que a pressão de contato entre o rebite e a chapa, e é dada pela equação mostrada na figura 2.

Fig 2. Equação da tensão de esmagamento.

As falhas consideradas para a chapa em questão, são as de tração axial, compressão causada pelo rebite e resgamento de borda causado pelo rebite.

Tração Axial:
Considerada pela equipe como a falha mais critica para a chapa, no projeto em questão, a falha por tração axial pode ser calculada pela seguinte relação:

Onde: 𝑏 = Largura da chapa (mm), 𝐷ℎ = Diâmetro do furo (mm), 𝐹𝑠 = Carga total cisalhante (N), 𝑁𝑟 = Número de rebites suportando a carga, 𝑡 = Espessura da chapa (mm), 𝜎𝑡 = Tensão trativa (N/mm2 );

Compressão Causada Pelo Rebite:
A compressão causada pelo rebite é, na realidade, a falha de apoio compressivo, e a tensão de apoio compressivo pode ser calculada a partir da equação:

Onde: 𝐷𝑟 = Diâmetro do rebite (mm), 𝐹𝑠 = Carga total cisalhante (N), 𝑁𝑟 = Número de rebites suportando a carga, 𝑡 = Espessura da chapa (mm), 𝜎𝑐= Tensão de apoio compressivo (N/mm2 );

Rasgamento de Borda Causado Pelo Rebite:
Para a falha por rasgamento de borda, a tensão trativa de rasgamento da borda é demonstrada na seguinte equação:


Onde: 𝑑𝑒 = Diâmetro do furo a ser rebitado (mm), 𝐹𝑠 = Carga total cisalhante (N), 𝑁𝑟 = Número de rebites suportando a carga, 𝑝 = Espaçamento entre os furos (mm), 𝑡 = Espessura da chapa (mm), 𝜎𝑒 = Tensão de cisalhamento (N/mm2 );

Shell Molding - Verbete 3

Shell Molding

Moldagem em Casca

Shell Molding is a casting process that allows the manufacturing of small and medium parts, that require high precision. In sand casting, molten metal is poured into an expendable mold, while in shell mold casting, the mold is a thin-walled shell made from applying a resin covered sand where the molten metal will be poured. Comparing to sand casting, the shell molding process has a better dimensional accuracy, a higher productivity rate, and lower labor requirements.

A Shell Moulding é um processo de fundição que permite a fabricação de peças pequenas e médias, que exigem alta precisão. Em fundição em areia, o metal derretido é despejado em um molde descartável, enquanto na fundição de molde de concha, o molde é um invólucro de parede fina feito da aplicação de uma areia coberta de resina onde o metal derretido será derramado. Em comparação com a fundição em areia, o processo de moldagem por concha tem uma melhor precisão dimensional, uma maior taxa de produtividade e menores exigências de mão-de-obra.

Figure 1: Steps for the Shell Molding process.
Source: engeneeringinsider.

Casting of Specimen

After studies and definitions for the construction of the specimen during the week, Rivetto Engineering decided to start making the mould through the process of casting in green sand. The process in green sand was selected for bringing advantages to our manufacture, such as, low manufacturing cost, lower possibility of cracking and good dimensional stability. We used the literature mechanical technology, by the author Vicente Chiaverini, written in the year 1986, so that the proportions of sand, clay and water were correct.Our team started mixing the materials and compacted the sand where the mold would be made together with the insertion of the mold, figure 1, besides placing the emptiness of the riser and the pouring channel of the cast aluminum, figure 2. 

Figure 1: Compaction of the green sand. 

Source: Own 

Figure 2: Mould with empty for riser and pouring canal 

Source: Own 

Then the team started the casting of aluminum, figure 3, and waited for it to melt. Furthermore, the aluminum was shedded in the mold made by the Coordinator Guilherme Souza, as stated in Video1. Finally, with the specimen ready, Figure 4, the team initiated the process of removing the burr to be able to takeit to the traction test. 

Figure 3: Foundry of aluminum

Source: Own 

Figure 4: Cast-specimen

Source: Own 

Video 1: Sand cast aluminum pouring 

Source: Own 

Rivetto Engineering repeated this procedure two more times and continues its project waiting for traction tests to get results and be able to move forward. 

References: 
Chiaverini, V. Mechanical technology. Manufacturing processesand treatments. Volume II. Publisher Makron Books. 1986.