Comportamiento estructural en reparaciones del tipo step sanded en estructuras de materiales compuestos

Universidad Politécnica Metropolitana del Estado de Hidalgo

Ingeniería en Aeronáutica

Comportamiento estructural en reparaciones del tipo step sanded en estructuras de materiales compuestos

Cuatrimestre:        7mo                 Grupo: “A”

Profesor: Víctor Delgado

Equipo 3

Bautista Camacho Alejandro

Bosques Edwin

Callejas Saldívar Josué

Cea Escárcega Manuel

Cruz Dimas Samuel

Espinoza Hernández Rodrigo

Hernández Cravioto Rafael

Hidalgo Luis

Santana

Yannin

Velázquez Taboada Eduardo

Contenido

1.-Introducción….……………………………………………......………….3

        1.1.-Descripción del problema…..…………………….…………....3

        1.2.-Objetivos……………......…………………….………………....4

        1.3.-Metodologia…………………………………………...…………5

2.-Marco teórico………………………………..……………………………6

3.-Desarrollo………………………………………………………………….9

        3.1.-Selección de materiales……………………………………….10

                3.1.1.-Nucleo de panal de abajes (Honey-comb)…………11

                3.1.2.-Cubiertas de material compuesto…………………...12

                3.1.3.-Adhesivo……………………………………………….12

        3.2.-Fabricacion de la probeta……………………………………..13

                3.2.1-Fabricacion de las cubiertas del material…………...14

                3.2.2.-Maquinado  de cubiertas y del núcleo……………...15

                3.2.3.-Ensamble de los elementos….....…………………...16

                3.2.4.-Acabado de probeta………………………………….17

        3.3.-Enseñado de las probetas…………………………………….18

                3.3.1.-Condiciones de frontera……………………………...19

                3.3.2.-Equipos………………………………………………...19

                3.3.3.-Desarrollo de ensayos………………………………..20

4.-Resultados y análisis..………………………………………………….22

        4.1.-Presentacion de resultados…………………………………..23

                4.1.1.-Condicionde carga CL de análisis………………24

        4.2.-Analisis de resultados…………………………………………25

                4.2.1.-Procedimiento de análisis……………………………26

                4.2.2.-Zonas de análisis……………………………………..27

                4.2.3.-Resulatados del análisis……………………………..28

Introducción

1.1 Descripción del problema

Una estructura liviana y resistente ha sido el santo grial de la aeronáutica desde sus inicios; Ya que esto se traduce en un desempeño eficiente de la aeronave. Como es bien sabido, en los inicios de la aeronáutica las estructuras se fabricaban principalmente de acero, aluminio, entre otros materiales relativamente pesados, sin embargo eran usados por que se traducía en una estructura mucho más fuerte comparada con las estructuras realizadas a base de materiales más livianos. Conforme el tiempo avanzo también avanzo la tecnología y desarrollo de nuevos materiales, fue entonces que en los 60’s, aparecieron  resinas, las cuales fueron parteaguas en el desarrollo de los materiales compuestos poliméricos, cuyas características  principales son una gran capacidad de resistencia y rigidez, y su bajo peso, propiedades comúnmente conocidas como resistencia específica (σmax / ρ) y rigidez específica (E / ρ). Por lo tanto las estructuras construidas con materiales compuestas  resisten cargas mayores a las soportadas por las estructuras construidas con materiales como acero, aluminio, entre otros, con la gran ventaja de aportar un menor peso para la estructura.

Otro gran aporte al desarrollo de estructuras más livianas y con una mayor rigidez a la flexión, han sido los denominados paneles tipo sándwich. Los cuales están constituidas a groso modo por dos delgadas cubiertas separadas entre sí por un núcleo de baja densidad y menos resistente que estas. Tal es el caso de los sándwich constituidos típicamente por un núcleo de aramida, y por cubiertas en material compuesto, que han sido usadas para distintas aplicaciones en la industria aeronáutica, por ejemplo: El radomo de nariz, el carenado ventral, las puertas del tren de aterrizaje, las superficies de control, entre otros.

A pesar de los grandes beneficios que vinieron a aportar estos tipos de estructuras, estas estructuras, como todo,  no tiene un 100% de eficiencia. Por el contrario, una gran deficiencia en este tipo de estructuras es la susceptibilidad a sufrir daños provocados por impactos, y daños progresivos debidos a la absorción de humedad. Así que, para lograr una eficiencia óptima de este tipo de estructuras, es de gran importancia desarrollar métodos de reparación que cubran tales deficiencias. Esto es, métodos que restablezcan la resistencia y la rigidez original de una estructura, después de que ésta haya sufrido algún daño. De esta forma, lograr diseñar componentes que, permitan su mantenimiento y reparación, de manera eficaz, al igual desarrollar los métodos de reparación que aseguren que un componente al cual se le ha realizado una reparación estructural sea capaz de reincorporarse en servicio sin que afecte la integridad de la aeronave o bien su aeronavegabilidad. Así, cada fabricante de aeronaves emite sus propios métodos de reparación, que son comunicados a los operadores de sus aeronaves –p. ej. las aerolíneas- en su manual de reparaciones estructurales (SRM, por sus siglas en inglés). El problema, pues, radica en que el SRM aunque contiene específicamente tanto los materiales como las operaciones necesarias para efectuar al componente dañado la reparación estructural adecuada, de acuerdo al daño, no establece cuál es el comportamiento mecánico que tal componente tendrá después de haberle practicado la reparación.

Por otra parte, es necesario resaltar que el hecho de que las constructoras de aeronaves mantengan, por cuestiones de rivalidad comercial, sus metodologías de diseño bajo termino confidencial, fomenta una gran barrera en el camino al mejor entendimiento del comportamiento de los materiales compuestos.

1.2.-Objetivos

Esta práctica tiene como objetivo general el estudio del comportamiento mecánico en tensión y en tensión-cortante de la reparación estructural circular de tipo escalonada (step sanded) realizada en el panel tipo sándwich representativo de la estructura del radomo de nariz de una aeronave comercial.

La probeta empleada es mostrada esquemáticamente en la Figura 1-1, mientras que las tres diferentes condiciones de carga se presentan en la Figura 1-2, presentadas en la sección 1.2 de este capítulo.

Como medio para alcanzar satisfactoriamente el objetivo general, se han establecido los siguientes objetivos particulares:

 revisión bibliográfica del estado del arte con el fin de establecer un punto de partida desde el punto de vista científico-tecnológico,

 puesta a punto del proceso de fabricación de las probetas haciendo uso de los materiales y equipos disponibles en la ESIME Ticoman,

 fabricación de un número representativo de probetas, cuya configuración, a excepción de materiales y dimensiones del núcleo, esté basada en la probeta desarrollada por L. Dolores y A. Reyes [2],,

 realización, en las probetas, de una reparación estructural del tipo step sanded de forma circular, teniendo como referencia aquella descrita en SRM emitido por el fabricante,

 ensayo mecánico de las probetas reparadas con el fin de obtener resultados experimentales sobre su comportamiento,

 utilización de la técnica de correlación digital de imágenes (CDI) para determinar el estado de deformaciones que experimenta cada probeta en diferentes etapas de carga durante el ensayo mecánico, y con ello determinar el estado de esfuerzos y los factores de resistencia en puntos críticos de las probetas.

...