Una nueva investigación experimental y numérica sobre la respuesta a la fatiga de estructuras aeronáuticas compuestas y metálicas
Los investigadores Siddharth Pitta, Jose I. Rojas, Francesc Roure, Daniel Crespo y Magd Abdel Wahab, del Grupo de Caracterización de Materiales de la UPC, del Laboratorio de Resistencia de Materiales de la UPC y de la Universidad de Gante, han realizado nuevos avances en la caracterización de la respuesta a la fatiga de parches de reparación de aeronaves hechos de epoxi reforzado con fibra de carbono (CFRE) y aleación de aluminio en sustratos de fuselaje de aeronaves hechos también de CFRE y aleación de aluminio
La resistencia estática y la resistencia al agrietamiento por fatiga de las estructuras de revestimiento de aeronaves dependen de los materiales utilizados, el tipo de unión o el método de unión. La mayoría de los paneles de revestimiento de los aviones comerciales están hechos de aleaciones de aluminio y materiales compuestos, principalmente epoxi reforzado con fibra de carbono (CFRE). En esta investigación, publicada en la revista Mater. Sci., Composites, se investiga con experimentos y análisis de elementos finitos (FEA) la resistencia a la fatiga de cuatro configuraciones de juntas que son típicas en los parches de reparación de aeronaves (sustrato metálico-parche metálico, sustrato metálico-parche compuesto, sustrato compuesto-parche compuesto y parche compuesto). sustrato-parche de metal), utilizando técnicas de unión remachadas, adhesivas e híbridas. Los resultados de esta investigación son importantes para mejorar la comprensión del comportamiento de, por ejemplo, los parches de reparación de aeronaves, así como para generar conciencia sobre cómo mejorar los estándares actuales en el campo.
En particular, los ensayos de fatiga realizados en este estudio fueron tensión-tracción debido a la naturaleza típica de las cargas sobre los paneles de revestimiento de las aeronaves susceptibles de experimentar fatiga. Los resultados experimentales indican que la vida de fatiga de las juntas híbridas es superior a la de las juntas adhesivas, y estas a su vez funcionan significativamente mejor que las juntas remachadas convencionales. El rendimiento superior de las juntas híbridas se debe al hecho de que la unión adhesiva proporciona una mejor distribución de la carga (más suave) que los remaches solos, mientras que los remaches en la junta híbrida inducen tensiones residuales de compresión en la unión y, en comparación con la unión adhesiva sola , los remaches de la junta híbrida aseguran su capacidad de carga, en caso de falla prematura del adhesivo. Los resultados numéricos obtenidos de FEA para las uniones adhesivas e híbridas concuerdan bien con los resultados experimentales. Según el FEA, la tasa de liberación de energía de deformación (SERR) para las juntas unidas con adhesivo es mayor que la de las juntas híbridas, tanto en el modo de crecimiento de grietas por fatiga I como en el modo II (modo de apertura y modo de dirección de corte, respectivamente). La mayoría de las articulaciones muestran una SERR más alta en el modo II. Esto indica que las juntas experimentan grietas por fatiga en la dirección del corte, lo que es responsable de la apertura de grietas.
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