Report No - ASL Airlines Belgium · analysis for the ELT Antenna installation on Boeing 737‐400...

131
This document contains information which is property of Kamala Meader. This document may not, in whole or in part, be duplicated, disclosed, or used for design or manufacturing purposes without the written permission of Kamala Meader Report No: R2654001 Damage Tolerance Analysis of an ELT Antenna Installation Aircraft: Boeing 737400 Serial Numbers: 25110 and 25111 Tail Numbers: N778AS and N779AS Prepared for: RT Aerospace 17705 SW 158th Street Miami, Florida 33187 Prepared By: Brett A. Varney Approved By: Kamala J. Meader Date: September 12, 2016

Transcript of Report No - ASL Airlines Belgium · analysis for the ELT Antenna installation on Boeing 737‐400...

                

This document contains information which is property of Kamala Meader. This document may not, in whole or in part, be duplicated, disclosed, or used for design or manufacturing purposes without the written permission of Kamala Meader 

 

Report No: R2654‐001 

   

Damage Tolerance Analysis of an ELT Antenna Installation 

   

Aircraft: Boeing 737‐400 

Serial Numbers: 25110 and 25111 Tail Numbers: N778AS and N779AS 

  

Prepared for: RT Aerospace 

17705 SW 158th Street Miami, Florida 33187 

  

    Prepared By:   Brett A. Varney 

    Approved By:   Kamala J. Meader 

    Date:  September 12, 2016  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  i   By:  BAV 

 

 

Revision Log 

   

Revision Level  Description  Date  Approved  

 IR  Initial Release  09/12/2016  KM  

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  ii   By:  BAV 

 

 

Table of Contents 

   

Item  Page 

 Revision Log  ..................................................................................................................................................   i Table of Contents  ..........................................................................................................................................   ii References  ....................................................................................................................................................   iii  1.0  Introduction    1.1 Discussion  ..................................................................................................................................   1.1.1   1.2 Reference Data List  ....................................................................................................................   1.2.1  2.0  (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  (Drawing:  GA373‐ELT‐01)   2.1 Description  ................................................................................................................................   2.1.1   2.2  Installation Dimensions  .............................................................................................................   2.2.1   2.3  Load Analysis  .............................................................................................................................   2.3.1   2.4  Fatigue Analysis  .........................................................................................................................   2.4.1   2.5 Damage Tolerance Analysis  .......................................................................................................   2.5.1   2.6  Inspection Interval Calculations  ................................................................................................   2.6.1   2.7  Summary and Conclusions  ........................................................................................................   2.7.1  3.0  (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  (Drawing:  GA373‐ELT‐01)   2.1 Description  ................................................................................................................................   2.1.1   2.2  Installation Dimensions  .............................................................................................................   2.2.1   2.3  Load Analysis  .............................................................................................................................   2.3.1   2.4  Fatigue Analysis  .........................................................................................................................   2.4.1   2.5 Damage Tolerance Analysis  .......................................................................................................   2.5.1   2.6  Inspection Interval Calculations  ................................................................................................   2.6.1   2.7  Summary and Conclusions  ........................................................................................................   2.7.1  A.0  Appendix A   ......................................................................................................................................   A.0    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  iii   By:  BAV 

 

 

References 

   

[1] 14  Code  of  Federal  Aviation  Regulations,  Part  25,  effective  February  1,  1965  as  amended  by Amendments 25‐1 thru 25‐ 51. 

 [2] Type  Certificate  Data  Sheet  No.  A16WE  Revision  56  dated  July  03,  2016,  by  the  Federal  Aviation 

Administration.  [3] Broek,  David, Manual  for  the  Damage  Tolerance  Analysis  of  Repairs  and Modifications  of  Aircraft 

Structures, June 1995, FractuREsearch, Galena, Ohio.  [4] McGarvey,  Joseph,  Damage  Tolerance  Analysis  for  Antenna  Installation  of  Pressurized  Transport 

Airplanes, June 2000, FAA Chicago, Aircraft Certification Office.  [5] Metallic Materials  Properties  Development  and  Standardization,  DOT/FAA/AR‐MMPDS‐06,  Office  of 

Aviation Research.  [6] Roark, Raymond  J., and Young, Warren C., Formulas  for Stress and Strain, Fifth Edition, McGraw‐Hill 

Book Company, New York, 1982.  [7] Peterson, R. E., Stress Concentration Factors, 1974, John Wiley & Sons, Inc., New York. 

 [8] Safarian,  Patrick.  “Fatigue  and  Damage  Tolerance  Analysis  Advanced  Concepts  Course.”  Kirkland, 

Washington. 20‐23 May 2013. Lecture.  [9] AFGROW Software, Version 4.12.15.0, dated 10/07/2008, Copyright 1996‐2007 AFRL/VASM. 

 [10] Document Number ADA370431, AFGROW Users Guide and Technical Manual, February 1999, Air Force 

Research  Laboratory,  Wright‐Patterson  Air  Force  Base,  Ohio  Air  Vehicles  Directorate,  U.S. Department of Commerce, National Technical Information Service. 

 [11] Huth,  Heimo,  “Zum  Einflub  der  Nietnachgiebigkeit  mehrreihiger  Nietverbindungen  auf  die 

Lastübertragungs‐ und Lebensdauervorhersage,” LBF Report No. FB‐172, dissertation, Technische Universität München, Munich, Germany, 1984. 

 [12] Swift,  Tom,  Repairs  to  Damage  Tolerant  Aircraft, March  19,  1990,  Federal  Aviation  Administration, 

presented to International Symposium on Structural Integrity of Aging Airplanes, Atlanta, Georgia.  [13] Volpe,  John  A.,  Damage  Tolerance  Assessment  Handbook,  Vol.  2:  Airframe  Damage  Tolerance 

Evaluation, 1999, National Technical Information Service, Springfield, Virginia.  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.1.1   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.1 Discussion  This  report  provides  inspection  intervals  that  are  calculated  using  fatigue  and  damage  tolerance analysis  for  the modifications  that  are  part  of  the  ELT  antenna  installations  on  the Boeing  737‐400 aircraft.  

  Reviewing the Table of Contents, this report analyzes the Installation as follows:  Chapter 2:  (Fuselage Skin DT)  |ELT Antenna Installation Chapter 3:  (Fuselage Frame DT)  |ELT Antenna Installation  Appendix A:  |Additional Aircraft Reference Data  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.2.1   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.2 Reference Data List  Document Type  Document No Title  Revision

     Applicable Installation Drawing:      *Drawing  GA373‐ELT‐01 B737 

INSTALLATION ELT ANTENNA DOUBLER AND TRANSMITTERA

     Fabrication Drawing:      *Drawing  040615  ELT ANTENNA DOUBLER AND TRANSMITTER 

SUPPORT MANUFACTURING I/R

     *As shown on the following pages: 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.2.2   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.2 Reference Data List  Drawing GA373‐ELT‐01 Revision A (Page 1 of 4)  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.2.3   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.2 Reference Data List  Drawing GA373‐ELT‐01 Revision A (Page 2 of 4)  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.2.4   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.2 Reference Data List  Drawing GA373‐ELT‐01 Revision A (Page 3 of 4)  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.2.5   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.2 Reference Data List  Drawing GA373‐ELT‐01 Revision A (Page 4 of 4)  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  1.2.6   By:  BAV 

1.0 Introduction 

 

1.2 Reference Data List  Drawing 040615 Revision I/R (Page 1 of 1)  

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.1.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.1  Description  This  chapter  provides  inspection  intervals  that  are  calculated  using  fatigue  and  damage  tolerance analysis for the ELT Antenna installation on Boeing 737‐400 aircraft. The installation is designed per the General Aerospace installation drawing GA373‐ELT‐01 and fabrication drawing 040615.  The ELT Antenna  is  located at FS 791 near centerline on the upper skin of the  fuselage. The fuselage skin assembly,  in this region,  is fabricated from 0.036” thick 2024‐T3 aluminum per AMS‐QQ‐A‐250/5 with a bonded waffle doubler fabricated from 0.036” thick 2024‐T3 aluminum per AMS‐QQ‐A‐250/5.  The  doubler  is  approximately  sized  to  8.25”  L  x  6.15” W  and  fabricated  from  0.036”  thick  2024‐T3 aluminum per AMS‐QQ‐A‐250/4. The doubler is mounted internally to the fuselage skin assembly with (42) NAS1097D4 field rivets. The ELT Antenna itself mounts to the fuselage with (6) AN509‐10R screws that  each  attach  to  BACN10JZ3  nutplates.  Each  BACN10JZ3  nutplate  subsequently  attaches  to  the internal doubler using MS20426AD3 rivets.  As  shown  on  the  following  pages,  per  installation  drawing  GA373‐ELT‐01,  inspection  intervals  are calculated using fatigue and damage tolerance analysis for the ELT Antenna attachments.  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.2.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.2  Installation Dimensions  ELT Antenna Doubler  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.2.2   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.2  Installation Dimensions  ELT Antenna Channel  

  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  General Aircraft Data  

Supplemental Cabin Pressurization Data:  COA  = Aircraft Standard Cabin Altitude  = 8,000 ft 1 MOA  = Aircraft Maximum Operating Altitude  = 37,000 ft 2   PCOA  = Standard Air Pressure at Cabin Operating Altitude 3   = 1,572.1 lb / ft2  PMOA  = Standard Air Pressure at Maximum Operating Altitude 3   = 453.86 lb / ft2  Pop  = Maximum Operational Differential Cabin Pressure Loading   = (PSCA – PMOA) (1 ft² / 144 in²)   = (1,572.1 lb / ft² – 453.86 lb / ft²) (1 ft² / 144 in²)   = 7.77 psi  Pop  = Maximum Operational Differential Cabin Outflow Pressure Valve Setting 4   = 7.80 psi  Supplemental Fuselage Bending Data:  For Boeing 737‐400 Aircraft: 5 

Forward Pressure Bulkhead Location  = FS 178.00 ELT Antenna Location  = FS 1091.00 (FS 791 +300” Extension) Rearward Pressure Bulkhead Location  = FS 1342.00 (FS 1042 +300” Extension)  

Wt  = ½ of Aircraft Maximum Take‐Off Weight 6 = ½ (150,000 lbs) = 75,000 lbs 

   

1 Reference Number 1, FAR Part 25.841(a) 2 Reference FAA Type Certificate Data Sheet: A16WE Revision 56, (Page 16) 3 Reference Appendix A, Standard Atmospheric Tables, (Pages A.1 – A.3) 4 Reference Appendix A, Boeing 737‐400 Maintenance Manual, (Pages A.4 – A.7) 5 Reference Appendix A, Boeing 737‐400 Aircraft Structural Repair Manual, (Pages A.8 – A.10) 6 Reference Boeing 737‐400 Airplane Characteristics for Airport Planning 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.2   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Operational Pressurization Skin Stresses: 1  As the cabin is pressurized, the skin expands outward, carrying the stringers with it. The majority of the pressure load is carried in hoop tension in the skin with the remainder being beamed to the frames by the stringers and skin. The distribution of pressure  loads to the skin, stringers, and frame depends on the relative stiffness of these elements. The analysis that follows conservatively  ignores the stiffening effects of  the  stringers and  frames. Assuming  the aircraft  to act as a  thin‐walled cylindrical pressure vessel  with  uniform  internal  pressure  with  the  ends  capped,  the  operational  skin  stresses  are  as follows: 

 

cop  = operational circumferential skin stress = Pop R / ts = (7.80 psi) (74.00 in) / (0.036 in) = 16,033 psi  

lop  = operational longitudinal skin stress = Pop R / 2 ts = (7.80 psi) (74.00 in) / [2 (0.036 in)] = 8,017 psi 

   

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) & Reference Number 6, Roark, (Page 448) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.3   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Fuselage Bending Stresses  The cyclic bending stresses are due to inertia as a consequence of vertical loads on the wing. Only the fuselage weight is of importance for fuselage bending; it is assumed evenly distributed. Moments due to down loads, or aircraft weight, place the fuselage top in tension and bottom in compression.  

  To calculate the maximum stress on the skin of the fuselage, cantilever beam theory is used where the bending  moment  is  at  a  maximum  near  the  aircraft  center  and  zero  at  its  ends.  The  effect  of longitudinal  stringers  on  bending  stress  is  accounted  for  using  a  typical  stiffening  ratio  of  0.4.  The resulting  stress  due  to  bending  is  added  to  the  cabin  pressurization  tensile  stress  calculated  using pressure vessel theory. 1  

    

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.4   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Fuselage Bending Stresses  

Bending Calculations 1  X  = length from forward pressure bulkhead to installation 

= 1091.00 in – 178.00 in = 913.00 in  

L  = length from forward pressure bulkhead to rearward pressure bulkhead = 1342.00 in – 178.00 in = 1,164.00 in  

Mb  = fuselage bending moment at the installation location  = [Wt (L – X)2] / 2L = [(75,000 lb) (1,164 in – 913 in)2] / [2 (1,164 in)] = 2,029,671 in‐lbs  

b  = fuselage bending stress at the installation location 

= [(Mb sin θ) / ( R2 ts)] / (1 + 0.8) 

= {[(2,029,671 in‐lb) sin (90˚)] / [ (74 in) 2 (0.036 in)]} / [1 + 0.8] = 1,822 psi 

   

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.5   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Summary of Stresses  The 1.0g  fuselage bending condition shown  in  the preceding calculations  is not sufficient  to cover normal  operating  flight  conditions. An  additional  1.3g  factor  is  therefore  used  in  this  analysis  to conservatively account for operational loading conditions. 1 For the total tensile longitudinal far‐field stresses used throughout this report, the  far‐field bending stresses are superposed to the far‐field pressurization stress for a total far‐field stress of 8,017 psi + 1.3 x (1,822) psi = 10,386 psi.  Longitudinal Loading Longitudinal Far‐Field Stress: 10,386 psi  Circumferential Loading Circumferential Far‐Field Stress: 16,033 psi    

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.6   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  Using  displacement  compatibility  analysis  of  the  doubler‐to‐skin  joint,  it  is  possible  to  calculate  the fastener loads in the fastener rows. The compatible displacement criterion is based upon the condition that the skin and doubler must undergo equal displacements. A typical strip is idealized based upon the fastener spacing and pitch as shown below.  

  Each fastener  is simulated as an elastic spring under shear  load. Each portion of the skin and doubler strip is idealized as a bar.  Note:  The analysis  that  follows assumes  that  the  fastener  joint  involves  the  skin and doubler. The 

displacements in the fastener holes are non‐linear, so a linear approximation is made. Multiple locations were  considered  on  the  doubler  in  the  circumferential  loading  direction;  only  the most critical fastener location / geometry is analyzed on the following pages. 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.7   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  

From the definition of flexibility C = 1/Stiffness = riv/F   f  = deflection of fastener under load 1     = R (1.06463 E‐05 in/lb) [at all fastener rows]    ts1  = thickness of skin  = 0.036 in   ts2  = thickness of skin  = 0.036 in    td1  = thickness of doubler  = 0.036 in   td2  = thickness of doubler  = 0.036 in    w1  = fastener pitch  = 1.25 in  s1  = fastener spacing  = 0.90 in 

  w2  = fastener pitch  = 1.25 in  s2  = fastener spacing  = 1.80 in 

   df1  = fastener diameter  = 0.125 in   df2  = fastener diameter  = 0.125 in    a  = empirical constant;   = 2/5 for riveted metallic joints   b  = empirical constant;  = 2.2 for riveted metallic joints    Es  = Young’s Modulus for Aluminum Skin  = 10,500,000 psi   Ed  = Young’s Modulus for Aluminum Doubler  = 10,500,000 psi   Ef  = Young’s Modulus for Aluminum Fasteners  = 10,400,000 psi    N  = circumferential load in strip 

    = cl (cross‐sectional area)     = (16,033 psi) (1.25 in) (0.036 in)     = 721.5 lb    

1 Reference Number 11, Huth, (Page 28) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.8   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  The solution to the displacement compatibility equations gives the following fastener loads: 

P1 = 157.50 lb P2 = 84.78 lb  

  Pfastener  = maximum fastener load at first fastener row     = P1     = 157.50 lb    Abr  = bearing area  Astrip  = cross‐sectional strip area     = d ts    = w ts     = (0.125 in) (0.036 in)    = (1.25 in) (0.036 in)     = 0.0045 in2    = 0.045 in2  

  br  = bearing stress  fastener  = stress in idealized strip     = Pfastener / Abr    = Pfastener / Astrip     = (157.50 lb) / (0.0045 in2)    = (157.50 lb) / (0.045 in2)     = 35,000 psi  = 3,500 psi  

  bypass  = bypass stress 

    = ref – fastener     = 16,033 psi – 3,500 psi     = 12,533 psi  

  tension ratio  = bypass / ref   bearing ratio  = br / ref     = (12,533 psi) / (16,033 psi)    = (35,000 psi) / (16,033 psi)     = 0.782    = 2.183    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.9   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  The solution to the displacement compatibility equations gives the following fastener loads: 

P2 = 84.78 lb  

  Pfastener  = maximum fastener load at second fastener row     = P2     = 84.78 lb    Abr  = bearing area  Astrip  = cross‐sectional strip area     = d ts    = w ts     = (0.125 in) (0.036 in)    = (1.25 in) (0.036 in)     = 0.0045 in2    = 0.045 in2  

  br  = bearing stress  fastener  = stress in idealized strip     = Pfastener / Abr    = Pfastener / Astrip     = (84.78 lb) / (0.0045 in2)    = (84.78 lb) / (0.045 in2)     = 18,840 psi  = 1,884 psi  

  bypass  = bypass stress 

    = ref – fastener     = 12,533 psi – 1,884 psi     = 10,649 psi  

  tension ratio  = bypass / ref   bearing ratio  = br / ref     = (10,649 psi) / (12,533 psi)    = (18,840 psi) / (12,533 psi)     = 0.850    = 1.503    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.10   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Longitudinal)  Using  displacement  compatibility  analysis  of  the  doubler‐to‐skin  joint,  it  is  possible  to  calculate  the fastener loads in the fastener rows. The compatible displacement criterion is based upon the condition that the skin and doubler must undergo equal displacements. A typical strip is idealized based upon the fastener spacing and pitch as shown below.  

  Each fastener  is simulated as an elastic spring under shear  load. Each portion of the skin and doubler strip is idealized as a bar.  Note:  The analysis  that  follows assumes  that  the  fastener  joint  involves  the  skin and doubler. The 

displacements in the fastener holes are non‐linear, so a linear approximation is made. Multiple locations were considered on the doubler  in the  longitudinal  loading direction; only the most critical fastener location / geometry is analyzed on the following pages. 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.11   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Longitudinal)  

From the definition of flexibility C = 1/Stiffness = riv/F   f  = deflection of fastener under load 1     = R (1.06463 E‐05 in/lb) [at all fastener rows]    ts1  = thickness of skin  = 0.036 in   ts2  = thickness of skin  = 0.036 in   ts3  = thickness of skin  = 0.036 in    td1  = thickness of doubler  = 0.036 in   td2  = thickness of doubler  = 0.036 in   td3  = thickness of doubler  = 0.036 in    w1  = fastener pitch  = 1.80 in  s1  = fastener spacing  = 1.25 in   w2  = fastener pitch  = 1.23 in  s2  = fastener spacing  = 1.25 in 

  w3  = fastener pitch  = 1.23 in  s3  = fastener spacing  = 1.25 in 

   df1  = fastener diameter  = 0.125 in   df2  = fastener diameter  = 0.125 in   df3  = fastener diameter  = 0.125 in    a  = empirical constant;   = 2/5 for riveted metallic joints   b  = empirical constant;  = 2.2 for riveted metallic joints    Es  = Young’s Modulus for Aluminum Skin  = 10,500,000 psi   Ed  = Young’s Modulus for Aluminum Doubler  = 10,500,000 psi   Ef  = Young’s Modulus for Aluminum Fasteners  = 10,400,000 psi    N  = longitudinal load in strip 

    = l (cross‐sectional area)     = (10,386 psi) (1.80 in) (0.036 in)     = 673.0 lb    

1 Reference Number 11, Huth, (Page 28) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.12   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Longitudinal)  The solution to the displacement compatibility equations gives the following fastener loads: 

P1 = 157.80 lb P2 = 65.69 lb P3 = 23.98 lb  

  Pfastener  = maximum fastener load at first fastener row     = P1     = 157.80 lb    Abr  = bearing area  Astrip  = cross‐sectional strip area     = d ts    = w ts     = (0.125 in) (0.036 in)    = (1.80 in) (0.036 in)     = 0.0045 in2    = 0.065 in2  

  br  = bearing stress  fastener  = stress in idealized strip     = Pfastener / Abr    = Pfastener / Astrip     = (157.80 lb) / (0.0045 in2)    = (157.80 lb) / (0.065 in2)     = 35,067 psi  = 2,428 psi  

  bypass  = bypass stress 

    = ref – fastener     = 10,386 psi – 2,428 psi     = 7,958 psi  

  tension ratio  = bypass / ref   bearing ratio  = br / ref     = (7,958 psi) / (10,386 psi)    = (35,067 psi) / (10,386 psi)     = 0.766    = 3.376    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.13   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Longitudinal)  The solution to the displacement compatibility equations gives the following fastener loads: 

P2 = 65.69 lb P3 = 23.98 lb  

  Pfastener  = maximum fastener load at second fastener row     = P2     = 65.69 lb    Abr  = bearing area  Astrip  = cross‐sectional strip area     = d ts    = w ts     = (0.125 in) (0.036 in)    = (1.23 in) (0.036 in)     = 0.0045 in2    = 0.044 in2  

  br  = bearing stress  fastener  = stress in idealized strip     = Pfastener / Abr    = Pfastener / Astrip     = (65.69 lb) / (0.0045 in2)    = (65.69 lb) / (0.044 in2)     = 14,598 psi  = 1,493 psi  

  bypass  = bypass stress 

    = ref – fastener     = 7,958 psi – 1,493 psi     = 6,465 psi  

  tension ratio  = bypass / ref   bearing ratio  = br / ref     = (6,465 psi) / (7,958 psi)    = (14,598 psi) / (7,958 psi)     = 0.812    = 1.834    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.14   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Longitudinal)  The solution to the displacement compatibility equations gives the following fastener loads: 

P3 = 23.98 lb  

  Pfastener  = maximum fastener load at third fastener row     = P3     = 23.98 lb    Abr  = bearing area  Astrip  = cross‐sectional strip area     = d ts    = w ts     = (0.125 in) (0.036 in)    = (1.23 in) (0.036 in)     = 0.0045 in2    = 0.044 in2  

  br  = bearing stress  fastener  = stress in idealized strip     = Pfastener / Abr    = Pfastener / Astrip     = (23.98 lb) / (0.0045 in2)    = (23.98 lb) / (0.044 in2)     = 5,329 psi  = 545 psi  

  bypass  = bypass stress 

    = ref – fastener     = 6,465 psi – 545 psi     = 5,920 psi  

  tension ratio  = bypass / ref   bearing ratio  = br / ref     = (5,920 psi) / (6,465 psi)    = (5,329 psi) / (6,465 psi)     = 0.916    = 0.824    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.15   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Limit Loading  Residual Strength Analysis  Residual  strength  calculations  done  in  this  report  generate  the  critical  crack  length  on  the  basis  of linear elastic fracture mechanics and the stress intensity factor, K.  FAR 25.571(b)(5)  [i &  ii] gives  the  requirements necessary  for  the  residual strength calculations. Two separate conditions must be considered for 51 of FAR 25.571…    Condition (i):  Normal Pressure Combined with Limit Flight Loads  Condition (ii):  Factored Pressure Loading    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.3.16   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.3  Load Analysis  

Limit Loading  Residual Strength Analysis  i. Normal Pressure Combined with Limit (Maneuvering / Gust / Roll / Yaw) Load 1 

 W  = maximum take‐off weight = 150,000 lbs  Nz  = maximum positive limit maneuvering load (between 2.5 & 3.8) 

= 2.1 + 24,000 / (W+10,000) = 2.5  

rs  = longitudinal residual strength allowable for skin = [(Pop +0.5 psi 2) R] / [2 ts] + Nz σb 

= [(7.80 psi + 0.5 psi) (74.00 in)] / [2 (0.036 in)] + (2.5) (1,822 psi) = 12,572 psi  

ii. Factored Pressure Loading 3  

rs  = circumferential residual strength allowable for skin = [1.10 Pop +0.5 psi 4] R / ts = [((1.10) 7.80 psi + 0.5 psi) (74.00 in)] / [0.036 in] = 18,664 psi 

 

1 Reference Number 1, FAR Part 25.571(b)(5)(i) 2 Aerodynamic pressure conservatively assumed to be 0.5 psi 3 Reference Number 1, FAR Part 25.571(b)(5)(ii) 4 Aerodynamic pressure conservatively assumed to be 0.5 psi 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Critical Locations for Stress Concentrations  The  fatigue  lifetime  of  the  fuselage  skin  is  evaluated  around  the  doubler,  examining  the  fastener pattern of  the modification  in  critical  areas.  The  following  table  and  figure  lists  critical  areas where stress concentration factors are high.  

Table 2.4.1:  Critical Crack Areas 

 Item  Description  Stress Concentration  Stress Spectrum 

Location A    Skin  Kt, tension = 2.69; Kt, bearing = 8.46; Kt, bending = 1.78  0  16.03 ksi 

Location B    Skin  Kt, tension = 2.58; Kt, bearing = 7.15; Kt, bending = 1.72  0  10.39 ksi 

Critical Case (Fatigue):  Fastener Location A & B Critical Case (Damage Tolerance):  Fastener Location A & B  Due to the fastener geometry and loading conditions; fastener location A and B are most critical for fatigue life calculations.  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.2   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Tension)  Fastener Location A  Stress concentration factors are shown for the uniaxial tension of an infinite row of circular holes in an infinite thin element.  

 Ktn  = 2.69    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.3   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Bearing)  Fastener Location A  Stress concentration factors are shown for bearing of a pin join with a closely fitting pin.  

 Ktn  = 8.46    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.4   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Bending)  Fastener Location A  Stress concentration factors are shown for bending of a finite width plate with a circular hole.  

 Ktn  = 1.78    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.5   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Fatigue Life Equivalent Stress (Nominal Stress based on Net Section)  Fastener Location A  Due to  the  lack of S/N  fatigue  life data  for 2024‐T3 aluminum, the material specification  for 2024‐T3 aluminum alloy sheet with a stress concentration of Kt = 2.0 is used and shown below:  

 Kt, total  = [1 ‐ γ]Kt, hole tension + [γ]Kt, hole bearing + [kb]Kt, hole bending 

= [1 ‐ 157.50 lb / 721.5 lb]( 2.69) + [157.50 lb / 721.5 lb](8.46) + [0.00 ksi / 16.03 ksi](1.78) = 3.95  

Snet  = σcl [w / (w – d)] = 16,033 psi [1.25” / (1.25” – 0.125”)] = 17,814 psi  

Smax  = 17,814 psi (3.95 / 2.0) = 35.18 ksi  

Seq  = Smax (1 ‐ R) 0.68 

= 35.18 ksi (1 ‐ 0) 0.68 

= 35.18 ksi  

The equivalent unfactored fatigue life cycles are calculated:  Nf  = 10(9.2 – 3.33 log [Seq – 12.3]) 

= 10(9.2 – 3.33 log [35.18 – 12.3]) = 47,098 cycles 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.6   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Fatigue Life Equivalent Stress  Fastener Location A  Scale Factor 1  Account for differences in scale and fidelity of the test data.  Load Factor 1  Account for differences in loading type and fidelity of the test data.  Reliability Factor 1  Account for differences in reliable life value from mean of characteristic life data.   Scale Factor  2.0  Used to approximate a fastened joint Load Factor  1.5  Used for constant amplitude loading Reliability Factor  2.75  Used for aluminum material   The factored fatigue life is calculated:  N95%95%  = 47,098 cycles / [(2.0) (1.5) (2.75)]   = 5,709 cycles    

1 Reference Number 8, Safarian, (Fatigue and Scatter Page 23) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.7   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Tension)  Fastener Location B  Stress concentration factors are shown for the uniaxial tension of an infinite row of circular holes in an infinite thin element.  

 Ktn  = 2.58    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.8   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Bearing)  Fastener Location B  Stress concentration factors are shown for bearing of a pin join with a closely fitting pin.  

 Ktn  = 7.15    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.9   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Bending)  Fastener Location B  Stress concentration factors are shown for bending of a finite width plate with a circular hole.  

 Ktn  = 1.72    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.10   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Fatigue Life Equivalent Stress (Nominal Stress based on Net Section)  Fastener Location B  Due to  the  lack of S/N  fatigue  life data  for 2024‐T3 aluminum, the material specification  for 2024‐T3 aluminum alloy sheet with a stress concentration of Kt = 2.0 is used and shown below:  

 Kt, total  = [1 ‐ γ]Kt, hole tension + [γ]Kt, hole bearing + [kb]Kt, hole bending 

= [1 ‐ 157.80 lb / 673.0 lb]( 2.58) + [157.80 lb / 673.0 lb](7.15) + [0.00 ksi / 10.39 ksi](1.72) = 3.65  

Snet  = σl [w / (w – d)] = 10,386 psi [0.90” / (0.90” – 0.125”)] = 12,061 psi  

Smax  = 12,061 psi (3.65 / 2.0) = 22.01 ksi  

Seq  = Smax (1 ‐ R) 0.68 

= 22.01 ksi (1 ‐ 0) 0.68 

= 22.01 ksi  

The equivalent unfactored fatigue life cycles are calculated:  Nf  = 10(9.2 – 3.33 log [Seq – 12.3]) 

= 10(9.2 – 3.33 log [22.01 – 12.3]) = 817,635 cycles 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.4.11   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.4  Fatigue Analysis  Fatigue Life Equivalent Stress  Fastener Location B  Scale Factor 1  Account for differences in scale and fidelity of the test data.  Load Factor 1  Account for differences in loading type and fidelity of the test data.  Reliability Factor 1  Account for differences in reliable life value from mean of characteristic life data.   Scale Factor  2.0  Used to approximate a fastened joint Load Factor  1.5  Used for constant amplitude loading Reliability Factor  2.75  Used for aluminum material   The factored fatigue life is calculated:  N95%95%  = 817,635 cycles / [(2.0) (1.5) (2.75)]   = 99,107 cycles 

 

1 Reference Number 8, Safarian, (Fatigue and Scatter Page 23) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  Damage  Tolerance  Analysis  (DTA)  is  an  analytical way  to  establish  inspection  intervals  for  a  highly fatigue loaded or geometrically critical area.  Rogue Flaw and Normal Flaw  A  Rogue  Flaw  is  considered  to  be  a  non‐visible  defect  or  blemish  in  the  structure  caused  by manufacturing,  damage,  or  corrosion.  This  report  uses  a  0.05”  length  to  define  a  Rogue  Flaw. DTA assumes  that  one  Rogue  Flaw  exists  in  the  Principal  Structural  Element  (PSE)  or  Fatigue  Critical Structure (FCS) being reviewed. This Rogue Flaw is chosen to exist at either the highest fatigue loaded or geometrically critical area. The DTA then grows a crack from that location.  A Normal Flaw is considered to be a microscopic defect in the structure. All metallic materials develop fatigue  cracking  from  these  Normal  Flaws  when  subjected  to  cyclic  tensile  loading  over  extended periods of time. This report uses a 0.01” length to define a Normal Flaw.  Critical Locations for Rogue Flaws  During everyday flight, the stresses in the doubler and skin area around the fasteners are low and the deformations  are  basically  elastic,  causing  the  first  row  of  fasteners  to  carry  a  higher  load.  As  a consequence, cracks are most likely to occur at end‐row fasteners. For a detailed study of critical crack locations, see the Fatigue Analysis Section of this report.    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.2   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW  calculates  the  critical  crack  length  for  both  fracture  and  net  section  yield.  These  are generated in a spreadsheet using the AFGROW output and the following relations:  

Net Section Yield Criteria:  Fracture If:  σlimit ≥ σys  [(net section width) / (full section width)]  Note:  The yield zone size, crack length, and any cutouts or fastener holes are subtracted from 

the full section width to obtain the net section width.  Fracture Criteria:  Fracture If:    σlimit ≥ Kcrit / [(πc)½ β]  Where: Kcrit is the fracture toughness value of the given state of stress   Kcrit = Kc (plane stress)   Kcrit = K1c (plane strain)   For intermediate states of stress, Kcrit is linearly interpolated between Kc & K1c 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.3   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

 NASGRO da/dN curve for 2024‐T3 Aluminum 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.4   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Input  Fastener Location A Geometry   Single Through Crack @ Hole (Phase Ia)  Internal Through Crack (Phase II)   Single Corner Crack @ Hole (Phase Ib)  Dimensions    width  = 1.250 in  width  = 3.750 in   thickness  = 0.036 in  thickness  = 0.036 in   hole diameter  = 0.125 in  crack length  = 1.880 in   crack length  = 0.05 in (Phase Ia)  half crack length  = 0.940 in   = 0.01 in (Phase Ib)  Load   tension stress ratio  = 0.782   tension stress ratio  = 1.000   bearing stress ratio  = 2.183   bearing stress ratio  = 0.000    da/dN Data (Phases I and II):  Spectrum (Phases I and II):   NASGRO Equation  Stress Multiplication Factor  = 16.03 ksi   Material = 2024‐T3 Al (clad; plt & sht; T‐L)  Residual Stress Requirement  = 18.66 ksi     Constant Amplitude Loading     R = Stress Min / Stress Max = 0    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.5   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

Describe Crack Growth – Phase Ia  Fastener Location A  The critical geometric  location for a Rogue Flaw  is evaluated from Table 2.4.1 and the sketch on page 2.4.1 to be in the Fastener Location A.  w  = fastener pitch = 1.25 in 

 c  = initial crack length = 0.05 in   Before  

  After  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.6   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

Describe Crack Growth – Phase Ib  Fastener Location A  The critical geometric  location for a Rogue Flaw  is evaluated from Table 2.4.1 and the sketch on page 2.4.1 to be in the Fastener Location A.  w  = fastener pitch = 1.25 in 

 c  = initial crack length = 0.01 in   Before  

  After  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.7   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

Describe Crack Growth – Phase 2  Fastener Location A  The critical geometric  location for a Rogue Flaw  is evaluated from Table 2.4.1 and the sketch on page 2.4.1 to be in the Fastener Location A.  w  = 3 x fastener pitch = 3.75 in 

 c  = initial crack length = fastener pitch + fastener diameter + 2 x Phase 1b crack length   = 1.25 in + 0.125 in + 2(0.252353 in)   = 1.879706 in   Before  

  After  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.8   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A  

    

Location A: Phase 1a

Constant amplitude loading

Single Through Crack at Hole ‐ Standard Solution

Cycles C Length Beta C Sub SpectruPath Life

0 0.05 1.847238 1 1 0

1800 0.060061 1.698577 19 19 1800

3700 0.070492 1.563099 38 38 3700

5600 0.080849 1.439527 57 57 5600

7500 0.091137 1.368748 76 76 7500

9400 0.10161 1.306734 95 95 9400

11200 0.111773 1.251927 113 113 11200

13000 0.122324 1.206249 131 131 13000

14700 0.132715 1.183383 148 148 14700

16300 0.142922 1.141624 164 164 16300

17900 0.15352 1.122684 180 180 17900

19400 0.163952 1.103325 195 195 19400

20800 0.174126 1.070016 209 209 20800

22200 0.184714 1.05551 223 223 22200

23500 0.195058 1.042538 236 236 23500

24700 0.205102 1.030548 248 248 24700

25900 0.215669 1.020029 260 260 25900

27000 0.225896 1.010548 271 271 27000

28100 0.236697 1.002577 282 282 28100

29100 0.247081 1.002577 292 292 29100

30100 0.258106 0.996613 302 302 30100

31000 0.268679 0.991934 311 311 31000

31800 0.278685 0.990462 319 319 31800

32600 0.289364 0.991503 327 327 32600

33300 0.299384 0.991503 334 334 33300

34000 0.310133 0.994345 341 341 34000

34700 0.3217 0.998762 348 348 34700

35300 0.332422 0.998762 354 354 35300

35900 0.344014 1.005125 360 360 35900

36400 0.354345 1.015769 365 365 36400

36900 0.365718 1.015769 370 370 36900

37400 0.378173 1.036087 375 375 37400

37800 0.389206 1.036087 379 379 37800

38200 0.402335 1.078885 383 383 38200

38500 0.413131 1.132126 386 386 38500

38800 0.426825 1.132126 389 389 38800

39100 0.442713 1.2026 392 392 39100

39300 0.455786 1.2026 394 394 39300

39500 0.473268 1.337069 396 396 39500

39600 0.484427 1.337069 397 397 39600

39700 0.49612 1.608808 398 398 39700

39794 0.520952 1.944652 398 398 39794

39837 0.551438 3.311682 399 399 39837

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.9   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A Phase Ib  

    

Location A: Phase 1b

Constant amplitude loading

Single Corner Crack at Hole ‐ Standard Solution

Cycles C Length A Length Beta C Beta A Sub SpectruPath Life

0 0.01 0.01 2.583718 3.027912 1 1 0

3700 0.016588 0.020295 2.616241 2.604876 38 38 3700

4800 0.020118 0.025257 2.55915 2.47733 49 49 4800

5800 0.024351 0.030875 2.507078 2.376063 59 59 5800

6400 0.027519 0.034823 2.467784 2.302912 65 65 6400

6400 0.027519 0.036 2.514749 2.302912 65 65 6400

6900 0.03044 0.036 2.439457 2.302912 70 70 6900

8600 0.040446 0.036 2.118866 2.302912 87 87 8600

10400 0.050841 0.036 1.830293 2.302912 105 105 10400

12200 0.060906 0.036 1.676684 2.302912 123 123 12200

14100 0.071343 0.036 1.540168 2.302912 142 142 14100

16000 0.08167 0.036 1.461692 2.302912 161 161 16000

17900 0.091973 0.036 1.355976 2.302912 180 180 17900

19800 0.102451 0.036 1.295676 2.302912 199 199 19800

21600 0.112671 0.036 1.241112 2.302912 217 217 21600

23400 0.123241 0.036 1.218218 2.302912 235 235 23400

25100 0.13364 0.036 1.174448 2.302912 252 252 25100

26700 0.143909 0.036 1.15342 2.302912 268 268 26700

28300 0.154536 0.036 1.115291 2.302912 284 284 28300

29800 0.164979 0.036 1.096439 2.302912 299 299 29800

31200 0.175179 0.036 1.079813 2.302912 313 313 31200

32600 0.185878 0.036 1.064386 2.302912 327 327 32600

33900 0.19631 0.036 1.037948 2.302912 340 340 33900

35100 0.206413 0.036 1.026478 2.302912 352 352 35100

36300 0.21705 0.036 1.016371 2.302912 364 364 36300

37400 0.227323 0.036 1.016371 2.302912 375 375 37400

38500 0.238182 0.036 1.007275 2.302912 386 386 38500

39500 0.24865 0.036 1.000214 2.302912 396 396 39500

39837 0.252353 0.036 0.994963 2.302912 399 399 39837

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.10   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A Phase II  

    

Location A: Phase 2

Constant amplitude loading

Internal Through Crack ‐ Standard Solution

Cycles C Length Beta C Sub SpectruPath Life

0 0.94 1.187488 1 1 0

100 0.968284 1.187488 2 2 100

200 0.998442 1.218837 3 3 200

300 1.034608 1.218837 4 4 300

400 1.073757 1.265781 5 5 400

500 1.124343 1.265781 6 6 500

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.11   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A  Flight Cycle Graph  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.12   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Input  Fastener Location B Geometry   Single Through Crack @ Hole (Phase Ia)  Dimensions    width  = 0.900 in   thickness  = 0.036 in   hole diameter  = 0.125 in   crack length  = 0.05 in (Phase Ia)  Load   tension stress ratio  = 0.766   bearing stress ratio  = 3.376    da/dN Data (Phases I and II):   NASGRO Equation  Stress Multiplication Factor  = 10.39 ksi   Material = 2024‐T3 Al (clad; plt & sht; T‐L)  Residual Stress Requirement  = 12.57 ksi     Constant Amplitude Loading     R = Stress Min / Stress Max = 0  Note:  After further analysis, it has been determined that location B is not as critical as location A. The 

Phase 1a AFGROW output has been provided on the following page for reference. In addition, to ensure  conservatism,  the minimum pitch  combined with  the maximum bearing  ratio was used for this analysis. 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.5.13   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location B Phase Ia  

  

Location B: Phase 1a

Constant amplitude loading

Single Through Crack at Hole ‐ Standard Solution

Cycles C Length Beta C Sub SpectruPath Life

0 0.05 2.354919 1 1 0

3600 0.060032 2.171349 37 37 3600

7300 0.070211 2.004388 74 74 7300

11000 0.080316 1.854587 111 111 11000

14700 0.090499 1.771974 148 148 14700

18300 0.100674 1.697934 184 184 18300

21700 0.110689 1.638126 218 218 21700

25000 0.120903 1.581761 251 251 25000

28100 0.131004 1.530327 282 282 28100

31100 0.14121 1.505783 312 312 31100

33900 0.151323 1.465997 340 340 33900

36600 0.1616 1.449463 367 367 36600

39100 0.171789 1.435699 392 392 39100

41400 0.181859 1.424875 415 415 41400

43600 0.192257 1.416607 437 437 43600

45600 0.202518 1.411497 457 457 45600

47400 0.212615 1.411427 475 475 47400

49100 0.22308 1.413586 492 492 49100

50600 0.233352 1.424266 507 507 50600

52000 0.244081 1.438093 521 521 52000

53200 0.254412 1.457403 533 533 53200

54300 0.265081 1.484941 544 544 54300

55300 0.276066 1.521517 554 554 55300

56100 0.286386 1.521517 562 562 56100

56800 0.297323 1.609135 569 569 56800

57400 0.30887 1.741058 575 575 57400

57800 0.3193 1.741058 579 579 57800

58100 0.329619 1.890786 582 582 58100

58400 0.34169 2.23571 585 585 58400

58600 0.358166 2.23571 587 587 58600

58756 0.385366 6.908799 588 588 58756

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  Definitions of Results Notation  ainit   = the initial rogue flaw crack length (assumed value) = 0.05” adet   = the smallest crack size a given inspection method is assumed to be able to find acrit   = the critical crack size at which the structure is assumed to fail  Ndet   = the number of cycles associated with adet Ncrit   = the number of cycles associated with acrit Nfatigue  = the number of cycles associated with the factored fatigue life    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.2   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Definitions of Results Notation  Nthres  = First Threshold Inspection Nsubs   = Subsequent Inspections   Threshold Inspection The guidelines for the initial threshold inspection occur based on the lesser of the following determining factors: 

Ndet  : The time taken for the initial rogue crack to propagate to the detectable length. 

½Ncrit  : One half the time taken for an initial rogue crack to propagate to the critical length. 

Nfatigue  : Factored fatigue life. 

¾ LOV  : Three quarters of the Limit of Validity of the aircraft. 1 

Threshold of Supplemental Inspection Document (SSID) or Aircraft Limitation Inspection (ALI)   Subsequent Inspection The guidelines for the repeat (subsequent) inspections occur based on the lesser of the following determining factors: 

Nthres  : The time taken for the threshold inspection to occur. 

(Ncrit – Ndet) / N1 : The time taken for a detectable size crack to grow to the critical crack length.   : N1 = analysis uncertainty factor = 4.0    

1 Reference FAR Part 121.1115 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.3   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.0625 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.0625 in   Ndet  = 2,244 cycles 1 (at crack size = 0.0625 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 2,244 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 2,244 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 2,244 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 2,244) / 4.0 or 2,244 = 14,623 or 2,244 = 2,244 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.4   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.125 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.125 in   Ndet  = 13,437 cycles 1 (at crack size = 0.125 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 13,437 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 13,437 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 5,709 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 13,437) / 4.0 or 5,709 = 11,825 or 5,709 = 5,709 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.5   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.250 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.250 in   Ndet  = 29,364 cycles 1 (at crack size = 0.250 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 29,364 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 29,364 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 5,709 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 29,364) / 4.0 or 5,709 = 7,843 or 5,709 = 5,709 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.6   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.750 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.750 in   Ndet  = 39,837 cycles 1 (at crack size = 0.750 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 39,837 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 39,837 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 5,709 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 39,837) / 4.0 or 5,709 = 5,225 or 5,709 = 5,225 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.7   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 1.00 in    adet  = Detectable Crack Length = 1.00 in   Ndet  = 39,837 cycles 1 (at crack size = 1.00 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 39,837 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 39,837 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 5,709 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 39,837) / 4.0 or 5,709 = 5,225 or 5,709 = 5,225 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.8   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for HFEC Detectable Crack Lengths  For the  inspection methods described  in this report, specifically High Frequency Eddy Current, due to the protruding nature of  the  fastener head  for  the  countersunk  fasteners,  the minimum detectable crack  lengths  for  these  inspection  techniques  are  adjusted  to be measured  as  the  length  extending beyond the fastener head.  

  The difference between the fastener head diameter and the fastener shank diameter must be added to the minimum detectable crack length of 0.0625” for High Frequency Eddy Current.  High Frequency Eddy Current:  adet = 0.0625” + (0.1742” – 0.125”) / 2  = 0.0871”    adet  = Detectable Crack Length = 0.0871 in   Ndet  = 6,754 cycles 1 (at crack size = 0.0871 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 6,754 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 6,754 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 5,709 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 6,754) / 4.0 or 5,709 = 13,496 or 5,709 = 5,709 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.9   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for LFEC Detectable Crack Lengths  For the  inspection methods described  in this report, specifically Low Frequency Eddy Current, due  to the protruding nature of  the  fastener head  for  the  countersunk  fasteners,  the minimum detectable crack  lengths  for  these  inspection  techniques  are  adjusted  to be measured  as  the  length  extending beyond the fastener head.  

  The difference between the fastener head diameter and the fastener shank diameter must be added to the minimum detectable crack length of 0.125” for Low Frequency Eddy Current.  Low Frequency Eddy Current:  adet = 0.125” + (0.1742” – 0.125”) / 2  = 0.1496”    adet  = Detectable Crack Length = 0.1496 in   Ndet  = 17,308 cycles 1 (at crack size = 0.1496 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 17,308 or ½ (60,737) or 5,709 or ¾ (75,000) = 17,308 or 30,369 or 5,709 or 56,250 = 5,709 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (60,737 – 17,308) / 4.0 or 5,709 = 10,857 or 5,709 = 5,709 cycles 

 

1 Reference Section 2.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.6.10   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.6  Inspection Interval Calculations  

Summary of Inspection Intervals  The  following  table  lists  inspection  cycles  for  various  minimum  detectable  flaw  sizes.  Only  ONE inspection technique should be chosen, reference Section 7 for a summary of the suggested inspection method. The chart below cannot be directly incorporated into an ICA inspection program.  

Table 2.6.1: Summary of Inspection Intervals 

Minimum Detectable Flaw Size (in) 

Threshold Inspection (cycles) 

Repeat Inspections (cycles) 

0.0625  2,244 cycles  2,244 cycles 

0.125  5,709 cycles  5,709 cycles 

0.25  5,709 cycles  5,709 cycles 

0.75  5,709 cycles  5,225 cycles 

1.00  5,709 cycles  5,225 cycles 

HFEC (0.0625) 1  5,709 cycles  5,709 cycles 

LFEC (0.125) 1  5,709 cycles  5,709 cycles 

 NOTE:  The inspections described above are developed based on fatigue damage only; inspections 

based on environmental or accidental damage are provided by the aircraft manufacturer.  

1 Detectable length as measured beyond the fastener head. 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.7.1   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.7  Summary and Conclusions  It is recommended that a HFEC (High Frequency Eddy Current) inspection method be chosen to inspect the fuselage skin.   Inspection Method (based on min. flaw size) 

Minimum Detectable Flaw Size (in) 

Threshold Inspection (cycles) 

Repeat Inspections (cycles) 

 Limitations 

HFEC – Surface Probe  0.0871  

5,709  

5,709  Surface flaws only. 

 Notes: 1. Follow Boeing 737‐400 OEM NDT manual for inspection process. 2. Gain  access  to  the  ELT  Antenna,  remove  the  antenna  and  inspect  the  fuselage  skin  from  the 

exterior of the fuselage, at each fastener location and coaxial feedthrough location as shown on the following pages. In Addition:  Perform a general visual inspection along the perimeter of the doubler. 

 

 (View Looking Down at Doubler from Exterior) 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  2.7.2   By:  BAV 

2.0 (Fuselage Skin DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

2.7  Summary and Conclusions  High Frequency Eddy Current Inspection Method  The  principles  of  electromagnetic  induction  are  used  in  high  frequency  eddy  current  inspection methods  to  detect  surface  and  near‐surface  cracks  in  the  fuselage  skin.  The  High  Frequency  NDI method can be used for the detection of cracks in the first layer of metal around fastener holes.  Additional Inspection Notes: 1. Inspect the fuselage skin at each location shown in RED below. 

 

 (View Looking Down at Doubler from Exterior) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.1.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.1  Description  This  chapter  provides  inspection  intervals  that  are  calculated  using  fatigue  and  damage  tolerance analysis for the ELT Antenna installation on Boeing 737‐400 aircraft. The installation is designed per the General Aerospace installation drawing GA373‐ELT‐01 and fabrication drawing 040615.  The ELT Antenna  is  located at FS 791 near centerline on the upper skin of the  fuselage. The fuselage skin assembly,  in this region,  is fabricated from 0.036” thick 2024‐T3 aluminum per AMS‐QQ‐A‐250/5 with a bonded waffle doubler  fabricated  from 0.036”  thick 2024‐T3 aluminum per AMS‐QQ‐A‐250/5. The frames in this region, frames 787 and 807, are fabricated from 0.40” thick 7075‐T6 aluminum per AMS‐QQ‐A‐287 per BAC1517‐1470.  The  doubler  is  approximately  sized  to  8.25”  L  x  6.15” W  and  fabricated  from  0.036”  thick  2024‐T3 aluminum per AMS‐QQ‐A‐250/4. The doubler is mounted internally to the fuselage skin assembly with (42) MS20470D5 field rivets. The ELT Antenna itself mounts to the fuselage with (6) AN509‐10R screws that  each  attach  to  BACN10JZ3  nutplates.  Each  BACN10JZ3  nutplate  subsequently  attaches  to  the internal doubler using MS20426AD3 rivets. A channel spans between frames 787 and 807 attaching to the lower flange of the frames using (3) MS20470D5 rivets.  As  shown  on  the  following  pages,  per  installation  drawing  GA373‐ELT‐01,  inspection  intervals  are calculated using fatigue and damage tolerance analysis for the ELT Antenna attachments.  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.2.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.2  Installation Dimensions  ELT Antenna Doubler  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.2.2   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.2  Installation Dimensions  ELT Antenna Channel  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.2.3   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.2  Installation Dimensions  ELT Antenna Channel  

  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  General Aircraft Data  

Supplemental Cabin Pressurization Data:  COA  = Aircraft Standard Cabin Altitude  = 8,000 ft 1 MOA  = Aircraft Maximum Operating Altitude  = 37,000 ft 2   PCOA  = Standard Air Pressure at Cabin Operating Altitude 3   = 1,572.1 lb / ft2  PMOA  = Standard Air Pressure at Maximum Operating Altitude 3   = 453.86 lb / ft2  Pop  = Maximum Operational Differential Cabin Pressure Loading   = (PSCA – PMOA) (1 ft² / 144 in²)   = (1,572.1 lb / ft² – 453.86 lb / ft²) (1 ft² / 144 in²)   = 7.77 psi  Pop  = Maximum Operational Differential Cabin Outflow Pressure Valve Setting 4   = 7.80 psi  Supplemental Fuselage Bending Data:  For Boeing 737‐400 Aircraft: 5 

Forward Pressure Bulkhead Location  = FS 178.00 ELT Antenna Location  = FS 1091.00 (FS 791 +300” Extension) Rearward Pressure Bulkhead Location  = FS 1342.00 (FS 1042 +300” Extension)  

Wt  = ½ of Aircraft Maximum Take‐Off Weight 6 = ½ (150,000 lbs) = 75,000 lbs 

   

1 Reference Number 1, FAR Part 25.841(a) 2 Reference FAA Type Certificate Data Sheet: A16WE Revision 56, (Page 16) 3 Reference Appendix A, Standard Atmospheric Tables, (Pages A.1 – A.3) 4 Reference Appendix A, Boeing 737‐400 Maintenance Manual, (Pages A.4 – A.7) 5 Reference Appendix A, Boeing 737‐400 Aircraft Structural Repair Manual, (Pages A.8 – A.10) 6 Reference Boeing 737‐400 Airplane Characteristics for Airport Planning 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.2   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Operational Pressurization Skin Stresses: 1  As the cabin is pressurized, the skin expands outward, carrying the stringers with it. The majority of the pressure load is carried in hoop tension in the skin with the remainder being beamed to the frames by the stringers and skin. The distribution of pressure  loads to the skin, stringers, and frame depends on the relative stiffness of these elements. The analysis that follows conservatively  ignores the stiffening effects of  the  stringers and  frames. Assuming  the aircraft  to act as a  thin‐walled cylindrical pressure vessel  with  uniform  internal  pressure  with  the  ends  capped,  the  operational  skin  stresses  are  as follows: 

 

cop  = operational circumferential skin stress = Pop R / ts = (7.80 psi) (74.00 in) / (0.036 in) = 16,033 psi  

lop  = operational longitudinal skin stress = Pop R / 2 ts = (7.80 psi) (74.00 in) / [2 (0.036 in)] = 8,017 psi 

   

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) & Reference Number 6, Roark, (Page 448) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.3   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Fuselage Bending Stresses  The cyclic bending stresses are due to inertia as a consequence of vertical loads on the wing. Only the fuselage weight is of importance for fuselage bending; it is assumed evenly distributed. Moments due to down loads, or aircraft weight, place the fuselage top in tension and bottom in compression.  

  To calculate the maximum stress on the skin of the fuselage, cantilever beam theory is used where the bending  moment  is  at  a  maximum  near  the  aircraft  center  and  zero  at  its  ends.  The  effect  of longitudinal  stringers  on  bending  stress  is  accounted  for  using  a  typical  stiffening  ratio  of  0.4.  The resulting  stress  due  to  bending  is  added  to  the  cabin  pressurization  tensile  stress  calculated  using pressure vessel theory. 1  

    

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.4   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Fuselage Bending Stresses  

Bending Calculations 1  X  = length from forward pressure bulkhead to installation 

= 1091.00 in – 178.00 in = 913.00 in  

L  = length from forward pressure bulkhead to rearward pressure bulkhead = 1342.00 in – 178.00 in = 1,164.00 in  

Mb  = fuselage bending moment at the installation location  = [Wt (L – X)2] / 2L = [(75,000 lb) (1,164 in – 913 in)2] / [2 (1,164 in)] = 2,029,671 in‐lbs  

b  = fuselage bending stress at the installation location 

= [(Mb sin θ) / ( R2 ts)] / (1 + 0.8) 

= {[(2,029,671 in‐lb) sin (90˚)] / [ (74 in) 2 (0.036 in)]} / [1 + 0.8] = 1,822 psi 

 The 1.0g  fuselage bending condition shown  in  the preceding calculations  is not sufficient  to cover normal  operating  flight  conditions. An  additional  1.3g  factor  is  therefore  used  in  this  analysis  to conservatively account for operational loading conditions. For the total tensile longitudinal far‐field stresses used throughout this report, the  far‐field bending stresses are superposed to the far‐field pressurization stress for a total far‐field stress of 8,017 psi + 1.3 x (1,822) psi = 10,386 psi. 

   

1 Reference Number 3, Broek, (Pages 15 ‐ 19) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.5   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Operational Stresses due to Cabin Pressurization (Skin‐Frame Strain Compatibility):  As the cabin is pressurized, the skin expands outward, carrying the stringers with it. The majority of the pressure load is carried in hoop tension in the skin with the remainder being beamed to the frames by the stringers and skin.  

  

lop + b  = operational longitudinal skin membrane stress + fuselage bending stress = 10,386 psi 

 The  stresses  in  the  circumferential direction  can be  calculated  from  the  circumferential  load equilibrium and the strain equilibrium between the skin and the frames.  Circumferential Load Equilibrium: 

sk_cop L ts + f_cop Aframe = Pop R L  Strain Equilibrium: 

Eε = f_cop = sk_cop – ν lop + b    

RADIUS 

THICKNESS Pop 

FRAME AREA

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.6   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Compute Operational Stresses due to Cabin Pressurization (Skin‐Frame Strain Compatibility):  Solving  the  two equilibrium  conditions  shown on  the previous page  yields  the  longitudinal  stress  in both the skin and the frames.  

sk_cop  = operational circumferential skin stress 

Pop R

tsν 

AframeL ts

Pop R

2 ts + σb

1 + AframeL ts

 = 

Pop R

tsν σlop + b 

Effective Frame Area

Effective Skin Area

1 + Effective Frame Area

Effective Skin Area

 

7.80 psi   74.00 in0.036 in

+ 0.33   10,386 psi  0.181 in2

0.720 in2

1 + 0.181 in2

0.720 in2

 

= 13,501 psi  

f_cop  = operational circumferential frame stress 

Pop R

ts1 – 

ν

2‐ νσlop + b

1 + AframeL ts

 = 

Pop R

ts1 – 

ν

2‐ νσlop + b

1 + Effective Frame Area

Effective Skin Area

 

7.80 psi   74.00 in0.036 in

1 – 0.332

 – 0.33 10,386 psi

1 + 0.181 in2

0.720 in2

 

= 7,960 psi    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.7   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Summary of Stresses  Frame Circumferential Loading Circumferential Far‐Field Stress: 7,960 psi    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.8   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  Using  displacement  compatibility  analysis  of  the  clip‐to‐frame  joint,  it  is  possible  to  calculate  the fastener loads in the fastener rows. The compatible displacement criterion is based upon the condition that the clip and frame must undergo equal displacements. A typical strip  is  idealized based upon the fastener spacing and pitch as shown below.  

  Each fastener is simulated as an elastic spring under shear load. Each portion of the frame and clip strip is idealized as a bar.  Note:  The  analysis  that  follows  assumes  that  the  fastener  joint  involves  the  frame  and  clip.  The 

displacements in the fastener holes are non‐linear, so a linear approximation is made. Multiple locations were considered on  the clip  in  the circumferential  loading direction; only  the most critical fastener location / geometry is analyzed on the following pages. 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.9   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  

From the definition of flexibility C = 1/Stiffness = riv/F   f  = deflection of fastener under load 1     = R (8.65714 E‐06 in/lb) [at all fastener rows]    ts1  = thickness of frame  = 0.040 in    td1  = thickness of clip  = 0.032 in    w1  = fastener pitch  = 0.624 in  s1  = fastener spacing  = 0.80 in 

   df1  = fastener diameter  = 0.156 in    a  = empirical constant;   = 2/5 for riveted metallic joints   b  = empirical constant;  = 2.2 for riveted metallic joints    Es  = Young’s Modulus for Aluminum Skin  = 10,500,000 psi   Ed  = Young’s Modulus for Aluminum Doubler  = 10,500,000 psi   Ef  = Young’s Modulus for Aluminum Fasteners  = 10,400,000 psi    N  = circumferential load in strip 

    = ref (cross‐sectional area)     = (7,960 psi) (0.624 in) (0.040 in)     = 198.7 lb    

1 Reference Number 11, Huth, (Page 28) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.10   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Operational Loading  Fastener Load Distribution (Circumferential)  The solution to the displacement compatibility equations gives the following fastener loads: 

P1 = 53.84 lb  

  Pfastener  = maximum fastener load at first fastener row     = P1     = 53.84 lb    Abr  = bearing area  Astrip  = cross‐sectional strip area     = d tf    = w tf     = (0.156 in) (0.040 in)    = (0.62 in) (0.040 in)     = 0.0062 in2    = 0.025 in2  

  br  = bearing stress  fastener  = stress in idealized strip     = Pfastener / Abr    = Pfastener / Astrip     = (53.84 lb) / (0.0062 in2)    = (53.84 lb) / (0.025 in2)     = 8,684 psi  = 2,154 psi  

  bypass  = bypass stress 

    = ref – fastener     = 7,960 psi – 2,154 psi     = 5,806 psi  

  tension ratio  = bypass / ref   bearing ratio  = br / ref     = (5,806 psi) / (7,960 psi)    = (8,684 psi) / (7,960 psi)     = 0.729    = 1.091    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.11   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Limit Loading  Residual Strength Analysis  Residual  strength  calculations  done  in  this  report  generate  the  critical  crack  length  on  the  basis  of linear elastic fracture mechanics and the stress intensity factor, K.  FAR 25.571(b)(5)  [i &  ii] gives  the  requirements necessary  for  the  residual strength calculations. Two separate conditions must be considered for 51 of FAR 25.571…    Condition (i):  Normal Pressure Combined with Limit Flight Loads  Condition (ii):  Factored Pressure Loading    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.3.12   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.3  Load Analysis  

Limit Loading  Residual Strength Analysis  i. Normal Pressure Combined with Limit (Maneuvering / Gust / Roll / Yaw) Load 1 

 W  = maximum take‐off weight = 150,000 lbs  Nz  = maximum positive limit maneuvering load (between 2.5 & 3.8) 

= 2.1 + 24,000 / (W+10,000) = 2.5  

rs  = longitudinal residual strength allowable for skin = [(Pop +0.5 psi 2) R] / [2 ts] + Nz σb 

= [(7.80 psi + 0.5 psi) (74.00 in)] / [2 (0.036 in)] + (2.5) (1,822 psi) = 12,572 psi  

ii. Factored Pressure Loading 3  

rs  = circumferential residual strength allowable for skin = [1.10 Pop +0.5 psi 4] R / ts = [((1.10) 7.80 psi + 0.5 psi) (74.00 in)] / [0.036 in] = 18,664 psi  

Using the same methods employed in the operational loading section of this chapter, the resultant limit frame stress is 9,993 psi.  

1 Reference Number 1, FAR Part 25.571(b)(5)(i) 2 Aerodynamic pressure conservatively assumed to be 0.5 psi 3 Reference Number 1, FAR Part 25.571(b)(5)(ii) 4 Aerodynamic pressure conservatively assumed to be 0.5 psi 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.4.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.4  Fatigue Analysis  Critical Locations for Stress Concentrations  The fatigue lifetime of the fuselage frame is evaluated around the clip, examining the fastener pattern of  the modification  in  critical  areas.  The  following  table  and  figure  lists  critical  areas where  stress concentration factors are high.  

Table 3.4.1:  Critical Crack Areas 

 Item  Description  Stress Concentration  Stress Spectrum 

Location A    Frame  Kt, tension = 2.26; Kt, bearing = 4.51; Kt, bending = 1.58  0  7.96 ksi 

Critical Case (Fatigue):  Fastener Location A Critical Case (Damage Tolerance):  Fastener Location A  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.4.2   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Tension)  Fastener Location A  Stress concentration factors are shown for the uniaxial tension of an infinite row of circular holes in an infinite thin element.  

 Ktn  = 2.26    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.4.3   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Bearing)  Fastener Location A  Stress concentration factors are shown for bearing of a pin join with a closely fitting pin.  

 Ktn  = 4.51    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.4.4   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.4  Fatigue Analysis  Stress Concentration Factors (Bending)  Fastener Location A  Stress concentration factors are shown for bending of a finite width plate with a circular hole.  

 Ktn  = 1.58    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.4.5   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.4  Fatigue Analysis  Fatigue Life Equivalent Stress (Nominal Stress based on Net Section)  Fastener Location A  The material specification for 7075‐T6 aluminum alloy sheet with a stress concentration of Kt = 2.0  is used and shown below:  

 Kt, total  = [1 ‐ γ]Kt, hole tension + [γ]Kt, hole bearing + [kb]Kt, hole bending 

= [1 ‐ 53.84 lb / 198.7 lb]( 2.26) + [53.84 lb / 198.7 lb](4.51) + [0.00 ksi / 16.03 ksi](1.58) = 2.87  

Snet  = σref [w / (w – d)] = 7,960 psi [0.62” / (0.62” – 0.156”)] = 10,636 psi  

Smax  = 10,636 psi (2.87 / 1.0) = 30.53 ksi  

Seq  = Smax (1 ‐ R) 0.49 

= 30.53 ksi (1 ‐ 0) 0.49 

= 30.53 ksi  

The equivalent unfactored fatigue life cycles are calculated:  Nf  = 10(14.86 – 5.80 log [Seq]) 

= 10(14.86 – 5.80 log [30.53]) = 1,772,493 cycles 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.4.6   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.4  Fatigue Analysis  Fatigue Life Equivalent Stress  Fastener Location A  Scale Factor 1  Account for differences in scale and fidelity of the test data.  Load Factor 1  Account for differences in loading type and fidelity of the test data.  Reliability Factor 1  Account for differences in reliable life value from mean of characteristic life data.   Scale Factor  2.0  Used to approximate a fastened joint Load Factor  1.5  Used for constant amplitude loading Reliability Factor  2.75  Used for aluminum material   The factored fatigue life is calculated:  N95%95%  = 1,772,493 cycles / [(2.0) (1.5) (2.75)]   = 214,848 cycles 

 

1 Reference Number 8, Safarian, (Fatigue and Scatter Page 23) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  Damage  Tolerance  Analysis  (DTA)  is  an  analytical way  to  establish  inspection  intervals  for  a  highly fatigue loaded or geometrically critical area.  Rogue Flaw and Normal Flaw  A  Rogue  Flaw  is  considered  to  be  a  non‐visible  defect  or  blemish  in  the  structure  caused  by manufacturing,  damage,  or  corrosion.  This  report  uses  a  0.05”  length  to  define  a  Rogue  Flaw. DTA assumes  that  one  Rogue  Flaw  exists  in  the  Principal  Structural  Element  (PSE)  or  Fatigue  Critical Structure (FCS) being reviewed. This Rogue Flaw is chosen to exist at either the highest fatigue loaded or geometrically critical area. The DTA then grows a crack from that location.  A Normal Flaw is considered to be a microscopic defect in the structure. All metallic materials develop fatigue  cracking  from  these  Normal  Flaws  when  subjected  to  cyclic  tensile  loading  over  extended periods of time. This report uses a 0.01” length to define a Normal Flaw.  Critical Locations for Rogue Flaws  During everyday  flight,  the stresses  in  the clip and  frame area around  the  fasteners are  low and  the deformations  are  basically  elastic,  causing  the  first  row  of  fasteners  to  carry  a  higher  load.  As  a consequence, cracks are most likely to occur at end‐row fasteners. For a detailed study of critical crack locations, see the Fatigue Analysis Section of this report.    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.2   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW  calculates  the  critical  crack  length  for  both  fracture  and  net  section  yield.  These  are generated in a spreadsheet using the AFGROW output and the following relations:  

Net Section Yield Criteria:  Fracture If:  σlimit ≥ σys  [(net section width) / (full section width)]  Note:  The yield zone size, crack length, and any cutouts or fastener holes are subtracted from 

the full section width to obtain the net section width.  Fracture Criteria:  Fracture If:    σlimit ≥ Kcrit / [(πc)½ β]  Where: Kcrit is the fracture toughness value of the given state of stress   Kcrit = Kc (plane stress)   Kcrit = K1c (plane strain)   For intermediate states of stress, Kcrit is linearly interpolated between Kc & K1c 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.3   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

 NASGRO da/dN curve for 7075‐T6 Aluminum 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.4   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Input  Fastener Location A Geometry   Single Through Crack @ Hole (Phase Ia)  Internal Through Crack (Phase II)   Single Corner Crack @ Hole (Phase Ib)  Dimensions    width  = 0.624 in  width  = 1.872 in   thickness  = 0.040 in  thickness  = 0.036 in   hole diameter  = 0.156 in  crack length  = 0.859 in   crack length  = 0.05 in (Phase Ia)  half crack length  = 0.430 in   = 0.01 in (Phase Ib)  Load   tension stress ratio  = 0.729   tension stress ratio  = 1.000   bearing stress ratio  = 1.091   bearing stress ratio  = 0.000    da/dN Data (Phases I and II):  Spectrum (Phases I and II):   NASGRO Equation  Stress Multiplication Factor  = 7.96 ksi   Material = 7075‐T6 Al (clad; plt & sht; T‐L)  Residual Stress Requirement  = 9.99 ksi     Constant Amplitude Loading     R = Stress Min / Stress Max = 0    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.5   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

Describe Crack Growth – Phase Ia  Fastener Location A  The critical geometric  location for a Rogue Flaw  is evaluated from Table 3.4.1 and the sketch on page 3.4.1 to be in the Fastener Location A.  w  = fastener pitch = 0.62 in 

 c  = initial crack length = 0.05 in   Before  

  After  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.6   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

Describe Crack Growth – Phase Ib  Fastener Location A  The critical geometric  location for a Rogue Flaw  is evaluated from Table 3.4.1 and the sketch on page 3.4.1 to be in the Fastener Location A.  w  = fastener pitch = 0.62 in 

 c  = initial crack length = 0.01 in   Before  

  After  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.7   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

Describe Crack Growth – Phase 2  Fastener Location A  The critical geometric  location for a Rogue Flaw  is evaluated from Table 3.4.1 and the sketch on page 3.4.1 to be in the Fastener Location A.  w  = 3 x fastener pitch = 1.87 in 

 c  = initial crack length = fastener pitch + fastener diameter + 2 x Phase 1b crack length   = 0.62 in + 0.156 in + 2(0.041534 in)   = 0.859068 in   Before  

  After  

    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.8   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A  

    

Location A: Phase 1a

Constant amplitude loading

Single Through Crack at Hole ‐ Standard Solution

Cycles C Length Beta C Sub SpectruPath Life

0 0.05 1.845432 1 1 0

10700 0.060026 1.74209 108 108 10700

20600 0.070052 1.650618 207 207 20600

29800 0.080055 1.569544 299 299 29800

38300 0.090138 1.525604 384 384 38300

46000 0.100199 1.476123 461 461 46000

53000 0.110349 1.463365 531 531 53000

59200 0.120384 1.443839 593 593 59200

64700 0.130457 1.439407 648 648 64700

69500 0.140561 1.445175 696 696 69500

73600 0.150748 1.477139 737 737 73600

77000 0.160906 1.506566 771 771 77000

79800 0.171141 1.545686 799 799 79800

82000 0.181188 1.597269 821 821 82000

83700 0.191325 1.792559 838 838 83700

85000 0.202524 2.015207 851 851 85000

85800 0.214427 2.374742 859 859 85800

86200 0.224855 3.387612 863 863 86200

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.9   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A Phase Ib  

    

Location A: Phase 1b

Constant amplitude loading

Single Corner Crack at Hole ‐ Standard Solution

Cycles C Length A Length Beta C Beta A Sub SpectruPath Life

0 0.01 0.01 2.239864 2.551407 1 1 0

43600 0.016731 0.020011 2.319593 2.272361 437 437 43600

53600 0.020004 0.02426 2.302222 2.231021 537 537 53600

63800 0.024679 0.03006 2.274702 2.164417 639 639 63800

72100 0.030069 0.03629 2.258854 2.110503 722 722 72100

74100 0.031676 0.038041 2.255645 2.096633 742 742 74100

74100 0.031676 0.04 2.220629 2.096633 742 742 74100

84500 0.040097 0.04 2.047236 2.096633 846 846 84500

86200 0.041534 0.04 2.005119 2.096633 863 863 86200

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.10   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A Phase II  

    

Location A: Phase 2

Constant amplitude loading

Internal Through Crack ‐ Standard Solution

Cycles C Length Beta C Sub SpectruPath Life

0 0.43 1.151132 1 1 0

1500 0.440672 1.151132 16 16 1500

2900 0.451044 1.151132 30 30 2900

4200 0.4616 1.170564 43 43 4200

5400 0.471766 1.170564 55 55 5400

6500 0.481851 1.193602 66 66 6500

7600 0.492561 1.193602 77 77 7600

8600 0.502892 1.220176 87 87 8600

9500 0.513028 1.220176 96 96 9500

10400 0.523518 1.220176 105 105 10400

11200 0.533907 1.250797 113 113 11200

12000 0.544764 1.250797 121 121 12000

12700 0.554877 1.287966 128 128 12700

13400 0.566089 1.287966 135 135 13400

14100 0.577696 1.287966 142 142 14100

14700 0.589018 1.331268 148 148 14700

15300 0.600945 1.331268 154 154 15300

15800 0.611511 1.385056 159 159 15800

16300 0.623661 1.385056 164 164 16300

16700 0.633687 1.385056 168 168 16700

17100 0.644475 1.453856 172 172 17100

17500 0.657075 1.453856 176 176 17500

17900 0.670112 1.453856 180 180 17900

18200 0.681009 1.545603 183 183 18200

18500 0.693911 1.545603 186 186 18500

18800 0.707253 1.545603 189 189 18800

19000 0.717736 1.658972 191 191 19000

19200 0.729875 1.658972 193 193 19200

19400 0.742391 1.658972 195 195 19400

19600 0.757842 1.814313 197 197 19600

19800 0.776557 1.814313 199 199 19800

19900 0.786241 2.029797 200 200 19900

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.5.11   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.5  Damage Tolerance Analysis  

AFGROW – Output  Fastener Location A  Flight Cycle Graph  

  

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  Definitions of Results Notation  ainit   = the initial rogue flaw crack length (assumed value) = 0.05” adet   = the smallest crack size a given inspection method is assumed to be able to find acrit   = the critical crack size at which the structure is assumed to fail  Ndet   = the number of cycles associated with adet Ncrit   = the number of cycles associated with acrit Nfatigue  = the number of cycles associated with the factored fatigue life    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.2   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Definitions of Results Notation  Nthres  = First Threshold Inspection Nsubs   = Subsequent Inspections   Threshold Inspection The guidelines for the initial threshold inspection occur based on the lesser of the following determining factors: 

Ndet  : The time taken for the initial rogue crack to propagate to the detectable length. 

½Ncrit  : One half the time taken for an initial rogue crack to propagate to the critical length. 

Nfatigue  : Factored fatigue life. 

¾ LOV  : Three quarters of the Limit of Validity of the aircraft. 1 

Threshold of Supplemental Inspection Document (SSID) or Aircraft Limitation Inspection (ALI)   Subsequent Inspection The guidelines for the repeat (subsequent) inspections occur based on the lesser of the following determining factors: 

Nthres  : The time taken for the threshold inspection to occur. 

(Ncrit – Ndet) / N1 : The time taken for a detectable size crack to grow to the critical crack length.   : N1 = analysis uncertainty factor = 4.0    

1 Reference FAR Part 121.1115 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.3   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.0625 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.0625 in   Ndet  = 13,143 cycles 1 (at crack size = 0.0625 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 13,143 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 13,143 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 13,143 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 13,143) / 4.0 or 13,143 = 23,239 or 13,143 = 13,143 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.4   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.125 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.125 in   Ndet  = 61,720 cycles 1 (at crack size = 0.125 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 61,720 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 61,720 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 53,050 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 61,720) / 4.0 or 53,050 = 11,095 or 53,050 = 11,095 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.5   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.250 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.250 in   Ndet  = 86,200 cycles 1 (at crack size = 0.250 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 86,200 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 86,200 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 53,050 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 86,200) / 4.0 or 53,050 = 4,975 or 53,050 = 4,975 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.6   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 0.750 in    adet  = Detectable Crack Length = 0.750 in   Ndet  = 86,200 cycles 1 (at crack size = 0.750 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 86,200 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 86,200 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 53,050 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 86,200) / 4.0 or 53,050 = 4,975 or 53,050 = 4,975 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.7   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for Detectable Crack Lengths of 1.00 in    adet  = Detectable Crack Length = 1.00 in   Ndet  = 86,200 cycles 1 (at crack size = 1.00 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 86,200 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 86,200 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 53,050 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 86,200) / 4.0 or 53,050 = 4,975 or 53,050 = 4,975 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.8   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for HFEC Detectable Crack Lengths  For the  inspection methods described  in this report, specifically High Frequency Eddy Current, due to the protruding nature of  the  fastener head  for  the  countersunk  fasteners,  the minimum detectable crack  lengths  for  these  inspection  techniques  are  adjusted  to be measured  as  the  length  extending beyond the fastener head.  

  The difference between the fastener head diameter and the fastener shank diameter must be added to the minimum detectable crack length of 0.0625” for High Frequency Eddy Current.  High Frequency Eddy Current:  adet = 0.0625” + (0.312” – 0.156”) / 2  = 0.1405”    adet  = Detectable Crack Length = 0.1405 in   Ndet  = 69,475 cycles 1 (at crack size = 0.1405 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 69,475 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 69,475 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 53,050 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 69,475) / 4.0 or 53,050 = 9,156 or 53,050 = 9,156 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.9   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Inspection Cycles for LFEC Detectable Crack Lengths  For the  inspection methods described  in this report, specifically Low Frequency Eddy Current, due  to the protruding nature of  the  fastener head  for  the  countersunk  fasteners,  the minimum detectable crack  lengths  for  these  inspection  techniques  are  adjusted  to be measured  as  the  length  extending beyond the fastener head.  

  The difference between the fastener head diameter and the fastener shank diameter must be added to the minimum detectable crack length of 0.125” for Low Frequency Eddy Current.  Low Frequency Eddy Current:  adet = 0.125” + (0.312” – 0.156”) / 2  = 0.2030”    adet  = Detectable Crack Length = 0.2030 in   Ndet  = 85,032 cycles 1 (at crack size = 0.2030 in)    Nthres  = Threshold Inspection 

= Ndet or ½ Ncrit or Nfatigue or ¾ LOV   use lowest value = 85,032 or ½ (106,100) or 214,848 or ¾ (75,000) = 85,032 or 53,050 or 214,848 or 56,250 = 53,050 cycles 

   Nsubs  = Subsequent Inspections 

= (Ncrit – Ndet) / N1 or Nthres   use lowest value = (106,100 – 85,032) / 4.0 or 53,050 = 5,267 or 53,050 = 5,267 cycles 

 

1 Reference Section 3.5 – Output 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.6.10   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.6  Inspection Interval Calculations  

Summary of Inspection Intervals  The  following  table  lists  inspection  cycles  for  various  minimum  detectable  flaw  sizes.  Only  ONE inspection technique should be chosen, reference Section 7 for a summary of the suggested inspection method. The chart below cannot be directly incorporated into an ICA inspection program.  

Table 3.6.1: Summary of Inspection Intervals 

Minimum Detectable Flaw Size (in) 

Threshold Inspection (cycles) 

Repeat Inspections (cycles) 

0.0625  13,143 cycles  13,143 cycles 

0.125  53,050 cycles  11,095 cycles 

0.25  53,050 cycles  4,975 cycles 

0.75  53,050 cycles  4,975 cycles 

1.00  53,050 cycles  4,975 cycles 

HFEC (0.0625) 1  53,050 cycles  9,156 cycles 

LFEC (0.125) 1  53,050 cycles  5,267 cycles 

 NOTE:  The inspections described above are developed based on fatigue damage only; inspections 

based on environmental or accidental damage are provided by the aircraft manufacturer.  

1 Detectable length as measured beyond the fastener head. 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.7.1   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.7  Summary and Conclusions  It is recommended that a HFEC (High Frequency Eddy Current) inspection method be chosen to inspect the fuselage frame.   Inspection Method (based on min. flaw size) 

Minimum Detectable Flaw Size (in) 

Threshold Inspection (cycles) 

Repeat Inspections (cycles) 

 Limitations 

HFEC – Surface Probe  0.1405  

53,050  

9,156  Surface flaws only. 

 Notes: 1. Follow Boeing 737‐400 OEM NDT manual for inspection process. 2. Gain  access  to  the  ELT Antenna,  remove  the  antenna  and  inspect  the  fuselage  frame  from  the 

exterior of the fuselage, at each fastener location as shown on the following pages. In Addition:  Perform a general visual inspection along the perimeter of the clips. 

 

 (View Looking Rearward FS 807, FS 787 Similar) 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  3.7.2   By:  BAV 

3.0 (Fuselage Frame DT) ELT Antenna Installation  Drawing:  GA373‐ELT‐01 

3.7  Summary and Conclusions  High Frequency Eddy Current Inspection Method  The  principles  of  electromagnetic  induction  are  used  in  high  frequency  eddy  current  inspection methods  to  detect  surface  and  near‐surface  cracks  in  the  fuselage  skin.  The  High  Frequency  NDI method can be used for the detection of cracks in the first layer of metal around fastener holes.  Additional Inspection Notes: 1. Inspect the fuselage skin at each location shown in RED below. 

 

 (View Looking Rearward FS 807, FS 787 Similar) 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.0   By:  BAV 

 

Appendix A  

A.1 – A.3   .............................................   Standard Atmospheric Table  A.4 – A.7   .............................................   Pressurization Control System  A.8 – A.10   ...........................................   Aircraft Station Diagram  A.11 – A.19   .........................................   Fuselage Skin Structural Identifications  Note:  Only the main fuselage structure is shown in this Appendix. For a more detailed structural identification, 

reference the Aircraft Maintenance Manual and Aircraft Structural Repair Manual.    

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.1   By:  BAV 

 

Standard Atmospheric Table  

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.2   By:  BAV 

 

Standard Atmospheric Table  

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.3   By:  BAV 

 

Standard Atmospheric Table  

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.4   By:  BAV 

 

                   

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Maintenance Manual (Pressurization Control System) 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.5   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Maintenance Manual   (Pressurization Control System)  [Page 1 of 3] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.6   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Maintenance Manual   (Pressurization Control System)  [Page 2 of 3] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.7   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Maintenance Manual   (Pressurization Control System)  [Page 3 of 3] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.8   By:  BAV 

 

                   

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual (Aircraft Station Diagram) 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.9   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Aircraft Station Diagram)  [Page 1 of 2] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.10   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Aircraft Station Diagram)  [Page 2 of 2] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.11   By:  BAV 

 

                   

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual (Fuselage Skin Structural Identification) 

   

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.12   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 1 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.13   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 2 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.14   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 3 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.15   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 4 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.16   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 5 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.17   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 6 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.18   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 7 of 8] 

 

  Report:  R2654‐001   Revision:  IR   Page:  A.19   By:  BAV 

 

Boeing Aircraft Company: Model 737‐400 Structural Repair Manual   (Fuselage Skin Structural Identification)  [Page 8 of 8]