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Title: Fatig ue Analysis of Bolted Connections with Adhesives
Authors: Pedrosa, Bruno Alexandre Silva
Orientador: Rebelo, Carlos Alberto da Silva
Rigueiro, Maria Constança Simões
Keywords: Fatigue; Bolted Connections; Structural Strengthening; Structural Adhesives; Design Curves; Numerical modelling; Fadiga; Ligações Aparafusadas; Reforço Estrutural; Adesivos Estruturais; Curvas de Dimensionamento; Modelação Numérica
Issue Date: Jul-2016
Place of publication or event: Coimbra
Abstract: Taking into account both experimental and numerical approaches, there was the intention to examine if the introduction of structural adhesives on this kind of metallic connections contributes to an improvement in their fatigue strength. Using injection bolts has been considered the most promising technique among others to implement on rehabilitation campaigns of old metallic structures. Experimental results of two studies were analysed and then subjected to a statistical treatment in order to establish confident bands. Thus, for each case study a design curve was proposed. These curves were then compared to the code curves suggested in EC3-1-9. It was possible to understand that, in general, the code curves present conservative results, especially for high-cycle fatigue domains. Regarding numerical approach, finite element models were developed with and without the application of adhesives in order to determine the stresses and strains field on its critical points. This implemented methodology allowed the definition of fatigue life predictions for crack initiation phase as well as understand the influence of the adhesive. Results have shown that using structural adhesives between the bolt shank and the plate hole walls leaded to an improvement in the fatigue strength on crack initiation phase. For the fatigue crack propagation phase was assumed that adhesive will not produce any significant effect since at this stage only the mechanical properties of steel plates are relevant. Aiming the definition of fatigue global prediction for the studied details, the obtained curves for crack initiation period was summed to the obtained curves for crack propagation period. Results have shown that fatigue crack propagation phase rules in low-cycle fatigue domains whereas fatigue crack initiation phase is dominant for high-cycle fatigue domains.
Tendo em consideração quer uma abordagem experimental, quer uma abordagem numérica, procurou-se analisar se a introdução de adesivos estruturais nestas ligações metálicas contribui para uma melhoria da sua resistência à fadiga. De entre as várias hipóteses existentes a implementar em campanhas de reabilitação de estruturas metálicas antigas, nomeadamente antigas pontes rebitadas, o uso de parafusos de injeção surge como a mais promissora. Resultados experimentais de dois estudos foram submetidos a uma análise estatística visando estabelecer bandas de confiança. Assim, para cada caso de estudo foram propostas curvas de dimensionamento. Através da comparação entre estas curvas e as sugeridas na norma EC3-1-9 foi possível perceber que, na generalidade, estas últimas apresentam resultados conservadores, especialmente para elevado número de ciclos. No que diz respeito à abordagem numérica das mesmas ligações, foram desenvolvidos modelos de elementos finitos com e sem a aplicação de adesivos com o intuito de determinar a história de tensões e deformações elastoplásticas nos pontos críticos. Esta metodologia permitiu estabelecer previsões da vida à fadiga na fase de iniciação, assim como analisar qual a contribuição do adesivo. Foi possível perceber que a introdução de adesivos estruturais entre o parafuso e as chapas origina uma melhoria na resistência à fadiga na fase de iniciação de fenda. Para a fase de propagação da fenda de fadiga foi assumido que o adesivo não iria produzir qualquer influência uma vez que, nesta fase, apenas as propriedades mecânicas do aço usado nas chapas serão relevantes. Com vista à obtenção de uma previsão global do comportamento à fadiga dos detalhes estudados, foram adicionadas as curvas obtidas para cada fase do fenómeno de fadiga. Os resultados mostraram que a fase de propagação da fenda governa para fadiga supercíclica enquanto a fase de iniciação da fenda é dominante para fadiga oligocíclica.
Description: Dissertação de Mestrado em Engenharia Civil na especialidade de Mecânica Estrutural, apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.
URI: http://hdl.handle.net/10316/97168
Rights: embargoedAccess
Appears in Collections:FCTUC Eng.Civil - Teses de Mestrado
UC - Dissertações de Mestrado

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