Análisis estructural de refuerzos escalonados dentro del cortafuegos de un avión utilitario con material compuesto

• Victor Alfonso Ramírez-Elías ^[1] ; Elias Rigoberto Ledesma-Orozco ^[1] ; Hilario Hernández-Moreno ^[2] ; Erik Vargas-Rojas ^[2] ; Alejandro Esteban Rodríguez-Sánchez ^[1] ; Luis Fernando Puente-Medellín ^[1] ; Luis David Celaya-García ^[1]
  1. [1] Universidad de Guanajuato

     Universidad de Guanajuato

     México

     
  2. [2] Instituto Politécnico Nacional

     Instituto Politécnico Nacional

     México

     
• Localización: DYNA new technologies, ISSN-e 2386-8406, Vol. 6, Nº. 1, 2019
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Structural analysis of stepped reinforces with composites into a firewall of a utilitarian aircraft
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• Resumen
  • español

    Con el fin de validar la resistencia de una de las zonas críticas del avión utilitario Stela M1, este trabajo presenta un análisis estructural del cortafuegos con refuerzos internos escalonados “Doublers” la cual está sometida a cargas estáticas máximas propias de maniobras de vuelo típicas sugeridos en los estándares FAR 23, específicamente para evaluar los efectos interlaminares que los esfuerzos escalonados presentan dentro del firewall. La pieza, incluyendo los refuerzos, está hecha totalmente de material compuesto laminado de fibra de carbono /epoxi y protegida por un plato delgado de aluminio, la cual fue simulada por medio de elemento finito y a su vez validado con datos experimentales de una probeta representativa sometida a las mismas condiciones de operación. Se observó que las capas externas y el plato de aluminio del cortafuego tuvieron un efecto significativo durante la evaluación de esfuerzos X y Y a través de la sección transversal de la pieza y en un vuelo recto, no obstante, son más significativos los efectos de las capas y los refuerzos escalonados cercanos al plano medio al evaluar los refuerzos cortantes XY. Complementariamente, los mayores índices de Tsai-Wu se localizaron alrededor del barreno C y en las capas externas de fibra de carbono/epoxi y sugieren un factor de seguridad alrededor de 7, validando la pieza. El estudio muestra que las concentraciones de esfuerzos debidos a los bordes de los refuerzos escalonados apenas tienen un efecto negativo en el cortafuegos y que los refuerzos son adecuados para aumentar significativamente la resistencia de la estructura, además de que mantienen concentrados los esfuerzos máximos en las zonas más reforzada del cortafuegos .

  • English

    With the aim to validate the strength of one of the most critical areas of the utilitarian aircraft Stela M1, this work shows a structural analysis of the firewall with inner stepped reinforces “Doublers”, which it is subjected to maximum static loads from typical flight manoeuvres suggested by the standard FAR 23, specifically for assessing the interlaminar effects of the stepped reinforces. The piece, including the stepped reinforces, is made totally with laminated composite materials carbon fibre/epoxy and protected with a thin aluminium plate. It was simulated with a finite element model and validated with experimental data from a representative specimen subjected to the same operational conditions. From the results, it was observed, throughout the cross-section of the piece, that the first layers and the plate have a significant effect on the X and Y stresses, whereas the effect of the stepped reinforces at the layers near to the mid-plane were more evident for the XY shear stresses. Complementary, the highest Tsai-Wu index were located around the screw hole C and at the first carbon fibre layers and suggest a security factor of around 7, validating the piece. This study also shows that the stress concentrations around the stepped reinforces barely have a deleterious effect on the firewall. Moreover, the reinforces are suitable to significantly increase the structure strength and to keep the maximum stresses concentrated at the firewall reinforced areas.