SIMULACÍON CON ELEMENTOS FINITOS DE PROPAGACIÓN DE GRIETAS EN MATERIALES COMPUESTOS

González Aguado R  Armendáriz Benítez I  García Martínez J  San Millán Fiel J     

Anales de la Mecánica de la Fractura, nº 25 . 2008 . Pág. -
Ver (.pdf): 7-23

Resumen: La Tolerancia al Daño es definida como la capacidad que tiene una estructura aeronáutica para seguir soportando, aun en presencia de daño, ya sea producido por fatiga, condiciones ambientales, o por accidente (Ej.: impacto de herramientas de trabajo), las cargas estáticas y/o dinámicas producidas durante su vida en servicio, hasta que el daño sea detectado mediante inspecciones. El propósito de estas inspecciones es la detección del daño antes de que se alcance un tamaño crítico, causando en la estructura la imposibilidad de soportar las cargas y produciéndose por ello el fallo estructural. En el caso de estructuras en material compuesto, hay un problema adicional: la dificultad de detectar daño interno. Se requieren costosas inspecciones no destructivas (NDI), tales como escaneos por ultrasonidos, para detectar por ejemplo delaminaciones interlaminares. Este es uno de los modos más comunes de fallo, especialmente para estructuras sometidas a cargas de compresión y trabajando en régimen de post-pandeo, y reduce drásticamente la capacidad de la estructura. Se han puesto en marcha investigaciones en la simulación FEM del comienzo y del crecimiento de delaminaciones en estructuras de material compuesto. En general las herramientas computacionales requeridas son complicadas y costosas, y en muchos casos hay una considerable diferencia entre los resultados de a simulación y los ensayos. Muchas herramientas están basadas en la técnica del cierre virtual de grieta (VCCT), la cual es ampliamente aplicada para calcular la tasa de liberación de energía basada en resultados de análisis FEM. Esta técnica permite predicciones tanto del comienzo de grieta (o delaminación), como del crecimiento de la misma para cargas de compresión estáticas. Sin embargo la técnica es muy dependiente de la metodología FEM usada (tamaño de la malla por ejemplo) y de los parámetros del análisis no-lineales empleados para simular el comportamiento estructural en post-pandeo. Cuando nos referimos a los códigos de FEM comerciales, hay muchas limitaciones de las herramientas VCCT, tal y como ocurre con el solver MSC.NASTRAN, estándar en el campo aeroespacial y aceptado como herramienta de certificación. Este artículo explica detalladamente una herramienta desarrollada por el INTA, que basada en la técnica VCCT y usando como código base MSC.NASTRAN, permite mediante un programa'in house' (desarrollado en código C++), simular el crecimiento de la delaminaciones en FEMs de estructuras en material compuesto y con delaminaciones iniciales. En el mismo también se detalla, la metodología FEM empleada, y finalmente, se muestra una comparación entre los resultados de las simulaciones FEM, y los resultados experimentales, entre los cuales se puede observar una correlación muy precisa.

LocalizaciónSigüenza

Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Departamento de Materiales y Estructuras
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Departamento de Materiales y Estructuras
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Departamento de Materiales y Estructuras
Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA). Departamento de Materiales y Estructuras