vida residual

MODELO COMPUTACIONAL PARA EL ANÁLISIS DE LA VIDA RESIDUAL DEL
EMPENAJE DE UN AVIÓN

Alvaro Hillerns V, Luis Quiroz L.
Universidad de Concepción
Departamento de Ingeniería Mecánica
Casilla 53-C, correo 3 Concepción
ahillern@udec.cl, lquiroz@udec.cl
Concepción – CHILE
RESUMEN
El objetivo de este trabajo es determinar la vida residual del empenaje de un avión de categoría
acrobática. Sepresentan los distintos criterios de fatiga que se encuentran disponibles en la literatura
comenzando por el método de la vida a la esfuerzo con sus distintos límites de esfuerzos y luego el
método de la vida a la deformación. Finalmente se presentada la regla de Palmgren Miner. Se ha hecho
una recopilación de los requerimientos de la norma vigente para el cálculo de cargas y evaluación defatiga para aviones de categoría acrobática, luego se presenta una memoria de cálculo sobre estos
requerimientos aplicados al empenaje del ENAER T-35 PILLÁN. Se construyó un modelo de elementos
finitos de la estructura del empenaje utilizando información proporcionada por ENAER en los planos de
fabricación del avión. A partir de sus resultados se determinaron los elementos estructurales principalespara el estabilizador vertical y el horizontal. A partir de datos estadísticos de aeronaves acrobáticas se
determinaron los espectros de carga a los que están sometido la estructura. Se aplicaron estos espectros
de cargas a los modelos de elementos finitos para determinar el daño producido por estos en la estructura
del empenaje. Finalmente se ha utilizado la regla de Palmgren Miner paradeterminar la vida de dos
elementos estructurales principales del empenaje.

1. INTRODUCCIÓN

2. CRITERIOS DE FATIGA

La aeronáutica es un área en la cual el diseño alcanza uno de
sus desarrollos más importantes debido a los factores de
seguridad que se deben considerar, ya que si bien son
máquinas altamente críticas (si ocurriese una falla, esta tendría
consecuencias catastróficas) susestructuras no pueden estar
sobredimensionadas debido al requerimiento de peso mínimo
propio del diseño aeronáutico.
Esta estructuras están sometidas a historias de cargas
variables en el tiempo por lo tanto es necesario realizar análisis
de fatiga.
El objetivo general de este trabajo es determinar la vida
residual del empenaje de un avión de categoría acrobática.
Para llevar a cabo esteobjetivo se determinarán las
distribuciones de esfuerzos a que esta sometida esta estructura
para así determinar los elementos estructurales principales.
Posteriormente se realizará a estos elementos un análisis de
durabilidad para determinar la vida de esta estructura.
Para llevar a cabo esta evaluación se utilizará el programa IDEAS® para realizar modelos de elementos finitos a partir de
unmodelo sólido y finalmente se utilizará el módulo de
durabilidad de este programa para estimar la vida de estas
estructuras

El fenómeno de fatiga se puede entender como “la tendencia
de un material a fallar bajo repetidos ciclos de cargas a un
estado de esfuerzo considerablemente menor que la
resistencia a la fluencia en un ensayo estático.”
2.1 Vida al Esfuerzo
El método de la vida alesfuerzo utiliza el hecho que existe una
correlación entre el esfuerzo de trabajo y el número de ciclos
de vida. Esto se basa en el supuesto que una pieza tiene un
comportamiento elástico, ignorando la ocurrencia de
deformación plástica.
2.2 Vida a la deformación
El análisis de fatiga según el método de la vida a la
deformación (también conocido como método de fatiga a bajos
ciclos), predicela vida de una pieza basándose en la magnitud
de las fluctuaciones de sus deformaciones. Este método surgió
de la necesidad de considerar el efecto de grandes
deformaciones sobre la vida a la fatiga. Para ello este método,
a diferencia de la vida al esfuerzo, considera las deformaciones
en el rango elástico y plástico.

2.3 Acumulación de daño. Regla de Palmgren-Miner

3.3 Distribución...