Diseño y optimización de anclajes en paneles sándwich para estructuras monocasco

Oña García Matres, Manuel de (2019). Diseño y optimización de anclajes en paneles sándwich para estructuras monocasco. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Diseño y optimización de anclajes en paneles sándwich para estructuras monocasco
Author/s:
  • Oña García Matres, Manuel de
Contributor/s:
  • Alcalá Fazio, Enrique
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: June 2019
Subjects:
Freetext Keywords: Panel sándwich Monocasco Insertos Altair Optistruct Ensayo Pull out
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Mecánica
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

Los materiales compuestos han supuesto una revolución en el diseño de estructuras verdaderamente eficientes en la transmisión de esfuerzos, especialmente en el mundo de la competición donde cada gramo cuenta. En UPM Racing, el equipo de Formula Student de la Universidad Politécnica de Madrid, siempre se ha apostado por el uso de compuestos en piezas aerodinámicas hechas a partir de fibra de carbono y epoxy. Sin embargo, para el UPM03e (prototipo para la temporada 2018/19) se ha optado por desarrollar un chasis monocasco completo basado en paneles sándwich con el objetivo de alcanzar una elevada rigidez torsional con un peso menor que el chasis tubular de años anteriores. Adicionalmente, esta decisión aporta mayor libertad para la distribución de los puntos de anclaje de todos los elementos restantes del monoplaza. El diseño de dichos anclajes es crítico puesto que garantizan la integridad del conjunto. A pesar de la extraordinaria rigidez específica que presentan los paneles sándwich a flexión, no se comportan bien ante cargas puntuales aplicadas, imponiendo el uso de insertos que garanticen una adecuada transmisión de los esfuerzos a toda la estructura. Aunque existen diferentes métodos para la introducción de insertos en paneles sándwich, este trabajo se centra en analizar analítica, numérica y experimentalmente aquellos que son pegados mediante inyección de adhesivo estructural una vez el panel está curado (cold bonded) La información obtenida de otros trabajos y publicaciones científicas relacionadas con el tema establecieron el punto de partida y sentaron las bases del estudio analítico. Gracias al manual de diseño de insertos publicado por la ESA (European Space Agency), el cual establece la utilización del modelo Ericksen-Hertel para el diseño de insertos embebidos, se obtuvieron los primeros resultados que fueron posteriormente mejorados gracias a la ampliación del modelo adaptándolo al problema concreto. No obstante, debido a la complejidad de los materiales compuestos, el diseño de anclajes no puede limitarse exclusivamente a cálculos teóricos puesto que se requiere de más información. Consecuentemente, se ha desarrollado mediante el software Altair Hyperworks un modelo numérico basado en elementos finitos. Partiendo de una simulación estática lineal, el modelo fue perfeccionado hasta poder simular un ensayo de extracción del inserto fuera del plano (Pull out) incluyendo tanto el panel sándwich como el utillaje y considerando el comportamiento plástico de ciertos materiales. Por último, se fabricaron 5 probetas en las instalaciones del área de Materiales Avanzados del INTA (Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial) con distintas características en cuanto al laminado de las pieles, material del núcleo y tamaño del encapsulamiento (área de pegado del inserto). Posteriormente, se sometieron individualmente a un ensayo de Pull out con el objetivo de corregir y validar las simulaciones realizadas. Se puede concluir que el modelo final (Modelo III) es capaz de predecir el primer tramo de la curva de ensayo con suficiente precisión como para ser de utilidad en la optimización del diseño de anclajes en estructuras basadas en paneles sándwich como el monocasco del monoplaza UPM03e.

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Item ID: 56046
DC Identifier: http://oa.upm.es/56046/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:56046
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 06 Aug 2019 11:11
Last Modified: 29 Sep 2019 22:30
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