Simulación y ensayo experimental de un cajón de ala con uniones atornilladas híbridas compuesto-aluminio sujeto a cargas térmicas

Abstract

En las últimas décadas, la industria aeronáutica ha aumentado el uso de materiales compuestos de matriz Polímero Reforzados con Fibra de Carbono (CFRP), y a su vez, ha mantenido el uso de metales convencionales. Esto ha llevado a la presencia de ensamblajes híbridos en el cajón central de las alas, fuselaje, etc. Debido a su alta rigidez y resistencia, así como a la facilidad para desmontar y reparar, estos ensamblajes suelen ser atornillados. Durante su uso, una aeronave sufre grandes saltos térmicos (la diferencia de temperatura entre la fase de vuelo y la de tierra puede superar los 140 ºC). Debido a la presencia de uniones atornilladas híbridas, los materiales de la unión presentan diferente expansión o contracción térmica, lo cual conlleva la creación de importantes tensiones térmicas que alteran el comportamiento mecánico de la unión. Enmarcado dentro del proyecto aeronáutico Clean Sky 2 'INNOHYBOX', este trabajo estudia el comportamiento de uniones atornilladas multi-material bajo cargas térmicas des de un punto de vista numérico y experimental, siguiendo una estructura piramidal. A nivel de probeta, se utiliza una unión atornillada a solape simple de compuesto-aluminio para comprender y caracterizar su comportamiento bajo cargas térmicas. A nivel de subelemento, se ensaya un subcomponente representativo de una caja de ala bajo cargas térmicas. Finalmente, se ensaya un cajón de ala completo. A nivel numérico, se desarrolla un modelo de elementos finitos capaz de simular la compleja respuesta estructural de este tipo de uniones sin penalizar excesivamente el tiempo de cálculo. Las predicciones del modelo se comparan favorablemente con los resultados experimentales