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Desarrollo de una herramienta de cálculo aeronáutico de uniones remachadas vía Visual Basic y Elementos Finitos (FEM)

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2014-10-02
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2014-10-02
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Las uniones están presentes en gran número y son elementos de vital importancia en una aeronave, siendo las más frecuentes en las estructuras aeronáuticas las uniones remachadas. La función principal de los elementos de fijación que forman parte de una unión es transferir las cargas entre los componentes unidos asegurando que se mantiene la rigidez estructural. Por lo que, como consecuencia de las altas cargas (principalmente de cortadura) que soportan dichos elementos, las uniones constituyen la mayor fuente de fallos de las estructuras aeronáuticas y son componentes dignos de ser sometidos a un análisis exhaustivo con el objetivo de garantizar su aeronavegabilidad. El presente proyecto se ha llevado a cabo en el departamento de cálculo estructural de la empresa Safran Engineering Services, y se encuentra enmarcado dentro del área de investigación y desarrollo (I+D). Este proyecto abarca la creación y validación de una herramienta de cálculo de uniones remachadas. Para ello, se ha empleado lenguaje de programación Visual Basic y los programas MSC Patran / Nastran, basados en el método de elementos finitos (FEM). Gracias a esta herramienta es posible conocer de forma rápida la carga de cortadura que se produce en cada uno de los remaches que forman parte de cualquier unión mecánica, así como generar automáticamente un modelo de elementos finitos paramétrico, para cualquier configuración bidimensional de unión posible, preparado para proceder a analizarlo con el solver (Nastran). A través del FEM generado se obtienen las mismas cargas de cortadura que las calculadas mediante la herramienta programada en Visual Basic.
Joints are present in large amounts and they are crucial elements for an aircraft, being the most frequent the riveted joints which are used in aeronautic structures. The main function of the fastener elements that are part of a joint is to transfer loads among the joined components ensuring that structural stiffness is maintained. Therefore, owing to high loads (mainly of shear) that withstand these elements, joints are the major source of failures in aeronautic structures and as a result, they are worthy of being subjected to an exhaustive analysis in order to ensure their airworthiness. This project has been carried out in the structural engineering department of Safran Engineering Services company, and is framed within the area of research and development (R&D). The work presented in this paper reaches the development and validation of a calculation tool of riveted joints. For this purpose, it has been used Visual Basic programming language and MSC Patran / Nastran programs based on the Finite Element Method (FEM). Thanks to this tool, it is possible to calculate the load shear that occurs in each of the fasteners that are part of any mechanical connection in a faster way, as well as to automatically generate a parametric finite element model, for any configuration of a possible bidimensional joint, ready to analyze it with the solver (Nastran). Through the FEM generated the shear loads obtained are the same than those calculated by using the programmed tool in Visual Basic.
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Keywords
Aeronáutica, Análisis numérico, Cálculo de estructuras, Visual Basic
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