Optimización Estructural del Resorte de Torsión de Acero AerMet100 Basada en Fatiga por Deformación
Autores: Wang, Meng; Li, Hongen; Chen, Hu; Fang, Xingbo; Zhu, Enze; Huang, Pujiang; Wei, Xiaohui; Nie, Hong
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Optimización Estructural del Resorte de Torsión de Acero AerMet100 Basada en Fatiga por Deformación
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Resorte de torsión
Vida a fatiga
Durabilidad estructural
Concentración de tensiones
Optimización de parámetros
Acero de ultra alta resistencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
El resorte de torsión de un tren de aterrizaje de aeronaves basadas en portaaviones es un componente clave, que normalmente se fabrica con acero de ultra alta resistencia AerMet100. El rendimiento de despegue y aterrizaje se ve muy influenciado por su capacidad de carga y durabilidad estructural. Para llevar a cabo el diseño anti-fatiga de la estructura, es necesario investigar la influencia de las características de la estructura del resorte en su vida útil por fatiga, sobre la cual se ejecutan el análisis de fatiga por deformación y el diseño de optimización de parámetros del resorte de torsión. A través del análisis de elementos finitos realizado con ABAQUS, se determinó que existe una concentración de estrés seria en la ranura de alivio. Basado en la teoría de fatiga por deformación, se obtuvo la vida útil del resorte de torsión, y la posición de fractura y el ciclo de vida fueron consistentes con los resultados de las pruebas. Se estableció una plataforma de optimización estructural basada en un método paramétrico. Se seleccionaron muestras a través del DOE (diseño de experimentos), y se estableció un modelo sustituto basado en RBF (funciones de base radial), seguido de la optimización utilizando MIGA (algoritmos genéticos de múltiples islas). Con la optimización de parámetros de la ranura de alivio, la estructura fue reconstituida y reanalizada. A partir de los resultados de la simulación, la deformación máxima se redujo en un 30.7%, mientras que la vida útil por fatiga se incrementó en un 86.2% bajo las mismas cargas y restricciones. Además, se realizaron pruebas de laboratorio en el resorte de torsión después de la reconstrucción, que mostraron que la vida útil por fatiga aumenta en un 85.6% después de la optimización. El método presentado en este documento puede proporcionar apoyo teórico y orientación técnica para la aplicación y optimización estructural de estructuras de acero de ultra alta resistencia.
Descripción
El resorte de torsión de un tren de aterrizaje de aeronaves basadas en portaaviones es un componente clave, que normalmente se fabrica con acero de ultra alta resistencia AerMet100. El rendimiento de despegue y aterrizaje se ve muy influenciado por su capacidad de carga y durabilidad estructural. Para llevar a cabo el diseño anti-fatiga de la estructura, es necesario investigar la influencia de las características de la estructura del resorte en su vida útil por fatiga, sobre la cual se ejecutan el análisis de fatiga por deformación y el diseño de optimización de parámetros del resorte de torsión. A través del análisis de elementos finitos realizado con ABAQUS, se determinó que existe una concentración de estrés seria en la ranura de alivio. Basado en la teoría de fatiga por deformación, se obtuvo la vida útil del resorte de torsión, y la posición de fractura y el ciclo de vida fueron consistentes con los resultados de las pruebas. Se estableció una plataforma de optimización estructural basada en un método paramétrico. Se seleccionaron muestras a través del DOE (diseño de experimentos), y se estableció un modelo sustituto basado en RBF (funciones de base radial), seguido de la optimización utilizando MIGA (algoritmos genéticos de múltiples islas). Con la optimización de parámetros de la ranura de alivio, la estructura fue reconstituida y reanalizada. A partir de los resultados de la simulación, la deformación máxima se redujo en un 30.7%, mientras que la vida útil por fatiga se incrementó en un 86.2% bajo las mismas cargas y restricciones. Además, se realizaron pruebas de laboratorio en el resorte de torsión después de la reconstrucción, que mostraron que la vida útil por fatiga aumenta en un 85.6% después de la optimización. El método presentado en este documento puede proporcionar apoyo teórico y orientación técnica para la aplicación y optimización estructural de estructuras de acero de ultra alta resistencia.