Ensayos experimentales y análisis numérico de la estructura del material compuesto alternativo para la reparación de superficies de vuelo en aeronaves
DOI:
https://doi.org/10.29019/enfoqueute.723Palabras clave:
superficie de vuelo, compuesto, reparación de aeronaves, aeronaveResumen
En la actualidad, los materiales compuestos de matriz polimérica son utilizados en múltiples aplicaciones, una de las áreas más importantes de aplicación es en el sector aeronáutico, debido a la relativamente baja densidad que tienen los materiales combinados. Estos compuestos tienen buenas propiedades mecánicas, comparables con materiales metálicos, pero que aportan beneficios adicionales. El objetivo de este trabajo es hacer los ensayos experimentales y el análisis numérico de la estructura del material compuesto alternativo para emplearlos en la reparación de las superficies de vuelo de aeronaves del CIDFAE. Se manejó un proceso ampliamente extendido de envasado al vacío (vacuum bagging) para obtener un compuesto más homogéneo, Lo que redujo los defectos en el procesamiento, y controló mejor la fracción de las fibras y el espesor global del compuesto. Se elaboraron probetas de resina epóxica reforzada con capas de tejido plano de tres fibras distintas de: carbono, vidrio y aramida, en diferentes orientaciones, que fueron ensayadas a tracción, flexión e impacto para determinar sus propiedades mecánicas. Se ha demostrado que los resultados conseguidos mediante la metodología analítica y el método de elementos finitos son aproximados a los resultados que se obtienen con ensayos destructivos. Los resultados experimentales muestran que los valores de resistencia a la tracción son mayores en los materiales de resina epóxica reforzados con 4 capas de fibra de carbono en orientación 0°-90°.
Metrics
Descargas
Citas
Altenbach, H., Altenbach, J., & Kissing, W. (2018). Mechanics of Composite Structural Elements. Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-10-8935-0
Arockiam, N. J., Jawaid, M., & Saba, N. (2018). 6. Sustainable Bio Composites for Aircraft Components. In M. Jawaid & M. Thariq (Eds.), Sustainable Composites for Aerospace Applications (109–123). Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102131-6.00006-2
ASTM D3039/D3039M. (2014). Standard Test Method for Tensile Properties of Polymer Matrix Composite Materials D3039. ASTM Standards, 15, 1–13. https://www.astm.org/Standards/D3039
ASTM D5628-96. (1995). Standard Test Method for Impact Resistance of Flat, Rigid Plastic Specimens by Means of a Falling Dart (Tup or Falling Mass). ASTM Book of Standards, 08(October), 1–10. https://www.astm.org/Standards/D5628
ASTM D7264/D7264M-07. (2007). Standard Test Method for Flexural Properties of Polymer Matrix Composite Materials. Annual Book of ASTM Standards, i, 1–11. https://www.astm.org/Standards/D7264
Azarafza, R. (2018). Fabrication, Experimental Modal Testing, and A Numerical Analysis of Composite Sandwich Structures with a Grid-Stiffened Core. Mechanics of Composite Materials, 54(4), 537–544. https://doi.org/10.1007/s11029-018-9762-4
Bharath, D., Sandhya Rani, B., Saritha, V., Irshad Khan, P., & Kumar Chokka, S. (in press). Tensile and Erosion Behaviour of Medium Calcined Alumina Microparticles on GFRP Composites Fabricated with Vacuum Bagging Process. MaterialsToday: Proceedings, xxxx. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.08.166
Boyina, G. R. T., Rayavarapu, V. K., & Subba Rao, V. V. (2017). Numerical Modelling and Damage Assessment of Rotary Wing Aircraft Cabin Door Using Continuum Damage Mechanics Model. Applied Composite Materials, 24(1), 235–250. https://doi.org/10.1007/s10443-016-9524-1
Chawla, K. K. (2019). Composite Materials. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-28983-6
Huang, W., Xie, L., Li, C., Jia, D., Chai, B., Mu, Y., Hou, C., & Dai, W. (2020). Ananalytical and Experimental Study of T-Shaped Composite Stiffened Panels: Effect of 90° Plies in Stringers on Curing and Buckling Performance. Applied Composite Materials, 27(5), 597–618. https://doi.org/10.1007/s10443-020-09816-4
Itou, H., Kimura, M., Chalupecký, V., Ohtsuka, K., Tagami, D., & Takada, A. (Eds.). (2017). Mathematical Analysis of Continuum Mechanics and Industrial Applications (Vol. 26). Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-10-2633-1
Jiang, H., Ren, Y., & Liu, Z. (2019). Thin-Walled Structures Numerical Prediction for Effects of Fiber Orientation on Perforation Resistance Behaviors of Patch-repaired Composite Panel Subjected to Projectile Impact. Thin Walled Structures, 144(May), 106325. https://doi.org/10.1016/j.tws.2019.106325
Kar, K. K. (Ed.). (2017). Composite Materials. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-662-49514-8
Khirul, M., Muda, H., & Mustapha, F. (2018). 9. Composite Patch Repair Using Natural Fiber for Aerospace Applications, Sustainable Composites for Aerospace Applications. In M. Jawaid & M. Thariq (Eds.), Sustainable Composites for Aerospace Applications (171–209). Woodhead Publishing. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-102131-6.00009-8
Krishnadasan, C. K., Shanmugam, N. S., Sivasubramonian, B., Nageswara Rao, B., & Suresh, R. (2021). Analytical Studies and Numerical Predictions of Stresses in Shear Joints of Layered Composite Panels for Aerospace Applications. Composite Structures, 255, 112927. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2020.112927
Kumar Das, S., & Roy, S. (2018, March 22–24). Finite Element Analysis of Aircraft Wing Using Carbon Fiber Reinforced Polymer and Glass Fiber Reinforced Polymer [Paper]. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Volume 402, 2nd International Conference on Advances in Mechanical Engineering (ICAME), Kattankulathur, India. https://doi.org/10.1088/1757-899X/402/1/012077
León, C., & Vásquez, A. (2010). Diseño y construcción de un soporte de ametralladora para el helicóptero del Ejército ecuatoriano, MI-171, utilizando materiales compuestos laminados [Tesis de grado, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE]. Repositorio de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, http://repositorio.espe.edu.ec/handle/21000/2342
Levy, A., & Hubert, P. (2019). Vacuum-bagged Composite Laminate Forming Processes: Predicting Thickness Deviation in Complex Shapes. Composites Part A, 126(August), 105568. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2019.105568
Liu, X., He, Y., Qiu, D., & Yu, Z. (2019). Numerical Optimizing and Experimental Evaluation of Stepwise Rapid High-pressure Microwave Curing Carbon Fiber/epoxy Composite Repair Patch. Composite Structures, 111529. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2019.111529
Muralidhara, B., Babu, S. P. K., & Suresha, B. (2019). Materials Today: Proceedings Utilizing Vacuum Bagging Process to Prepare Carbon Fiber/epoxy Composites with Improved Mechanical Properties. MaterialsToday: Proceedings, 27(3), 2022–2028. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.09.051
Pero-Sanz Elorz, J. A., Fernández González, D., & Verdeja, L. F. (2019). Structural Materials: Properties and Selection. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-26161-0
Picu, C., & Ganghoffer, J.-F. (Eds.). (2020). Mechanics of Fibrous Materials and Applications: Physical and Modelinf Aspects (Vol. 596). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-23846-9
Prasad, N. E., & Wanhill, R. J. H. (Eds.). (2017). Aerospace Materials and Material Technologies (Vol. 1: Aerospace Materials). Springer. https://doi.org/10.1007/978-981-10-2134-3
Siddiquee, S., Gan Jet Hong, M., & Mizanur Rahman, M. (Eds.). (2020). Composite Materials: Applications in Engineering, Biomedicine and Food Science. Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-45489-0
Suzuki, Y., Cousins, D., Wassgren, J., Kappes, B. B., & Stebner, A. P. (2017). Kinetics and Temperature Evolution During The Bulk Polymerization of Methyl Methacrylate for Vacuum-Assisted Resin Transfer Molding. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 104(January), 60–67. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2017.10.022
Vasiliev, V. V., Jones, R. M., & Man, L. I. (2017). Mechanics of Composite Structures. CRC Press. https://doi.org/10.1201/9780203747858
Verma, N., Kumar, R., Zafar, S., & Pathak, H. (2020). Vacuum-assisted Microwave Curing of Epoxy/carbon Fiber Composite: An Attempt for Defect Reduction in Processing. Manufacturing Letters, 24, 127–131. https://doi.org/10.1016/j.mfglet.2020.04.010
Wang, J., Baker, A., & Chang, P. (2019). Hybrid Approaches for Aircraft Primary Structure Repairs. Composite Structures, 207(January), 190–203. https://doi.org/10.1016/j.compstruct.2018.09.038
Zhu, G., Wang, S., Cheng, W., Ren, Y., & Wen, D. (2020). Corrosion and Wear Performance of Aircraft Skin After Laser Cleaning. Optics and Laser Technology, 132(July), 106475. https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2020.106475
Zimmermann, N., & Wang, P. H. (2020). A Review of Failure Modes and Fracture Analysis of Aircraft Composite Materials. Engineering Failure Analysis, 115(September), 104692. https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2020.104692
Publicado
Cómo citar
Número
Sección
Derechos de autor 2021 Los Autores
Esta obra está bajo licencia Creative Commons Attribution 3.0 International License.
Los artículos e investigaciones publicadas por la Universidad UTE, se realizan en régimen de Acceso Abierto [Open Access] en formato electrónico. Al enviar un artículo a cualquiera de las revistas científicas de la Universidad UTE, el o los autores aceptan estas condiciones.
La UTE aplica la licencia Creative Commons Attribution (CC-BY) a los artículos de sus revistas científicas. En virtud de esta licencia de acceso abierto, como autor usted acuerda que cualquier persona puede reutilizar su artículo en su totalidad o en parte para cualquier propósito, de forma gratuita, incluso para fines comerciales. Cualquiera puede copiar, distribuir o reutilizar el contenido siempre y cuando el autor y la fuente original estén correctamente citados. Esto facilita la libertad de reutilización y también asegura que el contenido pueda ser extraído sin barreras para necesidades de investigación.
Esta obra está bajo una Creative Commons Attribution 3.0 International (CC BY 3.0).
Además, la Revista Enfoque UTE garantiza y declara que los autores conservan siempre todos los derechos de autor y de publicación de sus obras originales sin restricciones [© Los Autores]. El reconocimiento (BY) permite cualquier explotación de la obra, incluyendo una finalidad comercial, así como la creación de obras derivadas, la distribución de las cuales también está permitida sin ninguna restricción.
Enfoque UTE - Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias - Universidad UTE