Análisis analítico y por elementos finitos de fuselajes ...

Estudio analítico y por elementos finitos de fuselajes bajo tensión diagonal

Miguel Ángel Rosique Linares

Julio de 2016

Grado en Ingeniería Aeroespacial Universitat Politècnica de València

Escuela Técnica Superior de Ingeniería del Diseño

Dirigido por:

Prof. José Luis Pérez Aparicio

Estudio analítico y por elementos finitos de fuselajes bajo tensión diagonal Julio de 2016

Introducción Inicio pandeo placas Postpandeo placas

Inicio pandeo láminas Postpandeo paneles Conclusiones

Índice 1. Introducción

- Pandeo en estructuras aeronáuticas

- Tensión diagonal

2. Inicio pandeo placas - Métodos de análisis

- Placa plana a cortante

- Influencia de cargas y condiciones de contorno

3. Postpandeo placas - Métodos de análisis

- Resultados

4. Inicio Pandeo Láminas - Ecuación de gobierno

- Resultados carga crítica

- Influencia curvatura

5. Postpandeo Paneles - Modelo MEF

- Evolución de las tensiones

- Tensiones máximas en la piel

- Tensiones en los refuerzos

6. Conclusiones

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- Tensión diagonal





- Resultados








6. Conclusiones


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Pandeo en estructuras aeronáuticas Tensión diagonal

• Reducción del peso

• Estructuras semimonocasco

• Diseño a postpandeo

Pandeo en estructuras aeronáuticas


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Pandeo en estructuras aeronáuticas Tensión diagonal

• Solicitación cortante

• Estructuras de pared delgada en régimen de postpandeo

• Desarrollo de tracción en diagonales, deformada por surcos

Tensión diagonal


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- Tensión diagonal





- Resultados








6. Conclusiones


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Método de Galerkin

Métodos de análisls Placa plana a cortante Influencia de cargas y condiciones de contorno

• Ecuación de gobierno y funciones de prueba

• Minimización del error

• Búsqueda soluciones no triviales


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Elementos finitos


• Resolución mediante Abaqus®

• Elemento tipo shell. Cinco nodos en el espesor

• 625 elementos

• Interpolación lineal


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Carga crítica 2 modos de pandeo

Galerkin Abaqus®


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• Empotramientos rigidizan la placa, pero son irrelevantes en lados cortos

• La adición de cargas que favorecen pandeo hace disminuir la carga crítica


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- Tensión diagonal





- Resultados








6. Conclusiones


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Métodos de análisis Resultados

Ecuaciones de von Karman para gran deformación:

Postpandeo de placas a cortante

: Función de tensiones de Airy


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• Funciones de prueba que satisfagan CdC para w y F:

• 2ª ecuación: Resolución constantes

• 1ª ecuación: Resolución


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• Análisis mediante MEF – Método estático no lineal de Riks

– 2500 elementos tipo shell

– Generación de imperfección en el modelo a partir de los modos de pandeo


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Flecha en el centro de la placa

• Buena aproximación para materiales isótropos

• Para R elevados hacen falta más términos en el caso del Material Compuesto

Aluminio Material Compuesto


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Evolución deformada Evolución tensión

• Grandes deformaciones

• Deformada formando surcos

• Tensión muy elevada en esquinas


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- Tensión diagonal





- Resultados








6. Conclusiones


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Inicio de pandeo de láminas curvas

Ecuación de gobierno Resultados carga crítica Influencia curvatura

• Ecuación de gobierno

• Formulación adimensional


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Carga crítica láminas a cortante


• Resultados similares con Galerkin y MEF

• Pequeñas discrepancias para Z elevados. Se necesitan demasiados términos.


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Comparación de resultados


• Comparación satisfactoria con resultados semiempíricos


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Influencia de la curvatura


- Lámina curva articulada más resistente que placa empotrada


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- Tensión diagonal





- Resultados








6. Conclusiones


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Modelo de elementos finitos

• Reproducción de modelos experimentales

• Geometría cilíndrica reforzada con larguerillos y cuadernas

• 21707 elementos

• Análisis mediante Riks

• Disco rígido para aplicación del torsor

Modelo MEF Evolución de las tensiones Tensiones máximas en la piel Tensiones en los refuerzos


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Distribución de tensión

• Variaciones de tensión previas al pandeo debido a las imperfecciones

• La tensión se desarrolla en diagonales después del pandeo inicial

• Aplanamiento de las celdas



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Tensión máxima en la piel

• Mala aproximación cerca pandeo inicial: desencadenado por imperfecciones

• Tensión máxima no muy grande respecto del promedio

• Estructura eficiente a postpandeo


ESDU: Engineering Sciences Data Unit


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• Tensión no nula en R = 1 según MEF

• Buena aproximación a partir de R > 1.2


Cuadernas Larguerillos


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- Tensión diagonal





- Resultados








6. Conclusiones


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• Conocimiento de bases teóricas esencial para análisis MEF

• Validación en elementos finitos satisfactoria

• Modelado de las condiciones de contorno esencial en MEF

• Curvatura hace estructuras más resistentes

• Prioridad del pandeo de la piel

• Estructuras semimonocasco muy eficientes a postpandeo


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