Análisis de Elementos Finitos del Fallo por Pandeo Posteriore en Paneles Reforzados: Un Enfoque Comparativo
Autores: Sultana, Jakiya; Varga, Gyula
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Análisis de Elementos Finitos del Fallo por Pandeo Posteriore en Paneles Reforzados: Un Enfoque Comparativo
Categoría
Tecnología de Equipos y Accesorios
Subcategoría
Diseño de equipos y herramientas
Palabras clave
Paneles rígidos
Carga de pandeo
Carga de colapso última
Presión lateral
Panel de aluminio
Aplicaciones aeroespaciales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 24
Citaciones: Sin citaciones
Los paneles reforzados se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, particularmente en secciones de alas y fuselajes, debido a su favorable relación resistencia-peso bajo condiciones de carga en el plano. Esta investigación emplea el software comercial de elementos finitos Ansys-19 para analizar la carga crítica de pandeo y la carga de colapso última de un panel de aluminio reforzado con dimensiones de 1244 mm (longitud) x 957 mm (ancho) x 3.5 mm (grosor), con tres nervaduras ubicadas a 280 mm de distancia entre sí. Tanto la carga crítica de pandeo como la carga de falla última post-pandeo del panel se validan contra los datos experimentales encontrados en la literatura disponible, donde los bordes hacia la longitud están fijados y simplemente soportados, y los otros dos bordes son libres. Para el análisis de pandeo no lineal, se adopta una ley de potencia de plasticidad con una pequeña imperfección geométrica del 0.4% en el medio del panel. Después de la validación numérica, la investigación se lleva a cabo considerando cuatro presiones laterales diferentes, específicamente 0.013 MPa, 0.065 MPa, 0.085 MPa y 0.13 MPa, junto con las condiciones de carga de compresión. Se encontró que, aunque la aplicación de presión de 0.013 MPa no impactó significativamente la carga crítica de pandeo del panel, la carga de colapso última se redujo en un 18.5%. En general, la carga de colapso última del panel se vio severamente afectada por la presencia de presión lateral mientras se comprimía por los bordes. También se investigaron tres formas de apertura, a saber, cuadrada, circular y rectangular/hemisférica, para entender el comportamiento del panel con aberturas. Se encontró que las aberturas afectaron significativamente la carga crítica de pandeo y la carga de colapso última del panel reforzado, con la presión lateral también contribuyendo a este efecto. Finalmente, en áreas críticas con mayor carga de presión lateral, un panel de titanio puede ser una buena alternativa al panel de aluminio, ya que puede proporcionar casi de dos a tres veces mejor estabilidad de pandeo y carga de colapso última a los paneles con un peso casi 1.6 veces mayor que el del aluminio. Estos hallazgos destacan la importancia de la fabricación de precisión, particularmente en la mejora y optimización de la eficiencia estructural de los paneles reforzados en las industrias aeroespaciales.
Descripción
Los paneles reforzados se utilizan ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, particularmente en secciones de alas y fuselajes, debido a su favorable relación resistencia-peso bajo condiciones de carga en el plano. Esta investigación emplea el software comercial de elementos finitos Ansys-19 para analizar la carga crítica de pandeo y la carga de colapso última de un panel de aluminio reforzado con dimensiones de 1244 mm (longitud) x 957 mm (ancho) x 3.5 mm (grosor), con tres nervaduras ubicadas a 280 mm de distancia entre sí. Tanto la carga crítica de pandeo como la carga de falla última post-pandeo del panel se validan contra los datos experimentales encontrados en la literatura disponible, donde los bordes hacia la longitud están fijados y simplemente soportados, y los otros dos bordes son libres. Para el análisis de pandeo no lineal, se adopta una ley de potencia de plasticidad con una pequeña imperfección geométrica del 0.4% en el medio del panel. Después de la validación numérica, la investigación se lleva a cabo considerando cuatro presiones laterales diferentes, específicamente 0.013 MPa, 0.065 MPa, 0.085 MPa y 0.13 MPa, junto con las condiciones de carga de compresión. Se encontró que, aunque la aplicación de presión de 0.013 MPa no impactó significativamente la carga crítica de pandeo del panel, la carga de colapso última se redujo en un 18.5%. En general, la carga de colapso última del panel se vio severamente afectada por la presencia de presión lateral mientras se comprimía por los bordes. También se investigaron tres formas de apertura, a saber, cuadrada, circular y rectangular/hemisférica, para entender el comportamiento del panel con aberturas. Se encontró que las aberturas afectaron significativamente la carga crítica de pandeo y la carga de colapso última del panel reforzado, con la presión lateral también contribuyendo a este efecto. Finalmente, en áreas críticas con mayor carga de presión lateral, un panel de titanio puede ser una buena alternativa al panel de aluminio, ya que puede proporcionar casi de dos a tres veces mejor estabilidad de pandeo y carga de colapso última a los paneles con un peso casi 1.6 veces mayor que el del aluminio. Estos hallazgos destacan la importancia de la fabricación de precisión, particularmente en la mejora y optimización de la eficiencia estructural de los paneles reforzados en las industrias aeroespaciales.