Determination of Mechanical Properties of Blind Rivet Joints Using Numerical Simulations and Experimental Testing

Abstract

This study explores the tensile performance of blind rivet joints in galvanized steel sheets, focusing on their behavior under shear and normal load conditions. Blind rivets are frequently used in structural applications due to their ease of installation and ability to be applied from one side, making them highly effective in industries like aerospace and automotive. Two types of DIN 7337—4.8 × 8 blind rivets—galvanized steel St/St and stainless steel A2/A2—paired with galvanized steel sheets DX51D + Z275, were experimentally tested to assess how their material properties affect their joint strength, deformation patterns, and failure modes. Single-lap shear, double-lap shear, and pure normal load tests were conducted in multiple configurations to evaluate joint performance under varying loading conditions, simulating real-world stresses. Using custom-built equipment, controlled forces were applied perpendicular to the rivet joints to replicate practical loading conditions. The results revealed distinct differences in the load-bearing capacities of the two materials, offering valuable insights for applications where corrosion resistance and structural integrity are critical. Finite element analysis (FEA) was then used to simulate the behavior of the joints, with the results validated against experimental data. To enhance the reliability of numerical simulations in optimizing the design of rivet joints, a methodology was proposed to calibrate non-linear FEA models to experimental results, and a substantial agreement of 92.53% was achieved via optimization in ANSYS OptiSLang. This research contributes to our broader understanding of riveted connections, providing practical recommendations for assessing the performance of such joints in various engineering fields.

Tato studie zkoumá tahovou pevnost spojů s trhacími nýty v pozinkovaných ocelových pleších, se zaměřením na jejich chování při smykovém a normálovém zatížení. Trhací nýty se často využívají v konstrukčních aplikacích díky snadné montáži a možnosti instalace z jedné strany, což je činí vysoce efektivními v odvětvích, jako je letecký a automobilový průmysl. Experimentálně byly testovány dva typy trhacích nýtů DIN 7337—4,8 × 8 mm—z pozinkované oceli (St/St) a nerezové oceli (A2/A2) v kombinaci s pozinkovanými ocelovými plechy DX51D + Z275, aby se posoudil vliv jejich materiálových vlastností na pevnost spoje, deformační vzory a režimy porušení.Byly provedeny zkoušky jednostranně a symetricky přeplátovaného spoje a zatížení v čistém tahu v několika konfiguracích s cílem vyhodnotit chování spojů při různých typech zatížení, simulujících reálné provozní podmínky. Pomocí speciálně navrženého zařízení byly na spoje aplikovány řízené síly kolmo k nýtovaným spojům, aby se co nejpřesněji napodobily skutečné zatěžovací stavy. Výsledky ukázaly významné rozdíly v únosnosti obou materiálů, což poskytlo cenné poznatky pro aplikace, kde je klíčová odolnost proti korozi a strukturální integrita.Následně byla provedena analýza metodou konečných prvků (FEA) k simulaci chování spojů, přičemž výsledky byly ověřeny na základě experimentálních dat. Pro zvýšení spolehlivosti numerických simulací při optimalizaci návrhu nýtovaných spojů byla navržena metodika kalibrace nelineárních FEA modelů podle experimentálních výsledků, přičemž prostřednictvím optimalizace v softwaru ANSYS OptiSLang bylo dosaženo shody 92,53 %. Tento výzkum přispívá k hlubšímu porozumění nýtovaným spojům a poskytuje praktická doporučení pro hodnocení jejich výkonnosti v různých technických oborech.