O problema Uma revisão recente dos dados de teste de certificação para parafusos de aviação

O problema

Uma revisão recente dos dados de teste de certificação para parafusos de aviação (100 graus de cabeça de espessa, ranhura de seis lâminas, cabeça de rosca, liga de titânio TI-p64001, anodizado, revestido com dissulfureto de molibdênio, resistência de 900 megapascals na temperatura ambiente a 350 ° c), descobriu que um lote de parafusos de diâmetro M5 não atendeu aos limites de teste de tração exigidos, Onde o nível de falha na junção da cabeça com a haste é inferior ao exigido. Através da investigação, verificou-se uma resistência de 1.100 mb pascal em temperatura ambiente até 350 ° c. essas peças já haviam sido previamente utilizadas em diferentes padrões de parafusos aeronáuticos por padrão analógico: cabeça da bandeja, ranhura de seis lâminas, haste normal de tolerância grosseira, rosca de comprimento médio, liga de titânio, anodizada e revestida com dissulfureto de molibdênio. Em suma, padrões semelhantes conjecturados são para diferentes estilos de cabeça, diferentes configurações de haste e maior resistência do material. Além disso, devido aos diferentes tipos de cabeça e construção da haste, os componentes da cabeça da bandeja têm geometrias de junção cabeça-haste muito diferentes em comparação com os fixadores que têm uma cabeça de 100 graus de embasamento rosqueada para a cabeça. Tendo em conta estas diferenças entre os desenhos e os materiais, que métodos ou dados devem ser utilizados para identificar, por analogia, peças semelhantes ou não semelhantes, ou para avaliar a resistência à tração potencial de uma determinada geometria cabeça-haste?

A cabeça mal projetada e a construção côncava podem fazer com que os fixadores não atendam aos requisitos de resistência à tração e apresentem níveis de falha maiores do que o esperado na junção cabeça-haste.

Definindo as variáveis

As variáveis que afetam a resistência à tração na junção cabeça-haste de um fixador podem ser limitadas à geometria efetiva da interface, enquanto a resistência à tração da parte roscada do fixador pode ser baseada na região de tensão efetiva da parte roscada. Ao passar da zona roscada para a zona não roscada, devemos definir o diâmetro da zona de tensão efetiva para o cálculo da peça do fixador. Para uma dada geometria de rosca (por exemplo, 10-32unjf), o "diâmetro efetivo" quando transita para a parte não roscada da haste é diferente do que quando transita da parte totalmente roscada para a parte inferior da cabeça do fixador. Em um tipo de parafuso, as roscas transitam para o diâmetro do corpo inteiro (0, 19 polegadas para o nosso exemplo 10-32 UNJF). O resultado é que a região de tensão de tração mais fraca aparece na transição da rosca para a barra clara abaixo de um ou dois diâmetros de espaçamento da rosca. O diâmetro do segmento é geralmente igual ao diâmetro do tarugo.

No caso de fixadores com roscas até a cabeça, a área de tensão mínima ocorre frequentemente na área entre toda a linha e a parte inferior da cabeça ou na área de transição da linha para a cabeça. Aqui, o diâmetro efetivo do esforço de tração pode ser o mesmo que o diâmetro do passo (para nosso exemplo 10-32unjf, o valor mínimo é 0.1658 polegadas) ou pode ser um pouco menor se a área for arredondada durante o processo de fabricação para aliviar o esforço estabelecido durante esse período.

Isto é importante porque, para um parafuso de passagem, a diferença na área de tensão efetiva na transição cabeça-haste será diferente do que para um parafuso rosqueado até a cabeça. A área de seção efetiva entre a transição cabeça-haste e o entalhe interno, ou o que chamamos de cone de tensão, deve ser calculada usando o maior diâmetro da transição do parafuso ou o menor diâmetro da transição totalmente roscada. O cálculo do HSR torna-se então uma comparação entre a área efetiva de tração do parafuso e a área de passo do diâmetro total da haste ou do parafuso totalmente roscado. Idealmente, o HSR será sempre 1 ou maior, de modo que a falha de tração do fixador seja sempre igual ou superior à resistência à tração mínima do diâmetro do passo. Isto assegura a força suficiente na junção da cabeça à haste para evitar que a cabeça se desprenda do prendedor e falhe a junção.

A figura 1 mostra o perfil da rosca (área sombreada) e a área de tensão de tração na área de junção cabeça-haste usada para fixadores totalmente roscados. Note que na seção transversal da cabeça, a área de tensão vai desde o diâmetro inferior (aproximadamente o diâmetro do passo) até o ponto mais próximo na base do côncavo. Neste caso, o sulco é realmente uma cruz na região da seção transversal mais próxima da junção cabeça-haste. Para fins de comparação com outros sistemas de acionamento de ranhuras de fixadores, ignoraremos a adição de traços de material entre as asas de ranhuras e usaremos apenas uma área circular baseada no diâmetro externo da asa na seção transversal.