estudio para la conversión de piezas aeroespaciales

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Ing. Ismael Mendoza Muñoz Universidad Autónoma de Baja California Facultad de Ingeniería [email protected] Director de tesis: Dr. Victor Nuño Moreno “Estudio para la conversión de Piezas Aeroespaciales de Aluminio ensambladas a piezas unitarias maquinadas por remoción de material en una sola etapa”. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA OBJETIVO GENERAL ?? MÉTODO RECOMENDACIONES Una Empresa Aeroespacial propone una pieza ensamblada por tres elementos de Aluminio 7071 T6 para revisión, con el fin de conocer si es posible su conversión a pieza unitaria maquinada por remoción de material en una sola etapa. Este trabajo presenta el análisis para verificar a través de la realización de pruebas estructurales, entre piezas de aplicación aeroespacial de Aluminio unitarias que tengan las mismas características geométricas en comparación a una entidad formada por ensambles, en donde se evidencie un mejor comportamiento estructural (resistencia). Proponer un metodología para la conversión de piezas de aplicación aeroespacial de aluminio ensambladas a piezas unitarias maquinadas por remoción de material en una sola etapa, con el fin de obtener una pieza de mayor resistencia estructural que la ensamblada y así como la reducción de los tiempos de los procesos de producción y manufactura (ocasionados por los cambios de herramental de sujeción y posicionamiento necesarios para obtener cada parte del ensamble). RESULTADOS HIPÓTESIS Por medio de un estudio para la conversión de piezas de aplicación aeroespacial de aluminio ensambladas a piezas unitarias maquinadas por remoción de material en una sola etapa, se logrará incrementar la resistencia estructural con la pieza unitaria. Durante este trabajo se siguió una metodología de la experimentación (ver Figura 1), la cual contempló la realización de pruebas estructurales utilizando elementos normalizados así como piezas de aplicación aeroespacial (ambos de Aluminio), utilizando Galgas Extensiométricas junto con el equipo PXI, con el fin de obtener las deformaciones unitarias en un punto; y pruebas de simulación por el Método de los Elementos Finitos (MEF) con diferentes condiciones (Tracción, Flexión, Combinados). La cabina presurizada crea dos tensiones principales en la carcasa cilíndrica (circunferencial y longitudinal). Adicionales a estas, se encuentra una flexión local debido al momento flector del fuselaje. Por la naturaleza de la pieza como de su ubicación en la aeronave, se propone las pruebas de Flexión ya que se supone que éstas condiciones asemejan al comportamiento estructural que tiene la pieza de análisis. Al realizar la prueba Flexión con el indicador de carátula en el extremo donde se aplica la carga, se conoce la deflexión producida. La Tabla 1 muestra los valores. CONCLUSIONES Además, se hace una simulación con el MEF, localizando el nodo que corresponde a la ubicación de la galga en cada pieza. La comparación de los resultados, se muestran en la Tabla 2. Los resultados marcan una tendencia favorable para la pieza unitaria, con una diferencia de 0.0278 µε. Prueba de Flexión Las piezas unitarias de aplicación aeroespacial ofrecen mayor resistencia estructural. General Los resultados anteriores se pueden apreciar de forma visual en la Figura 3. La prueba de Flexión consta del empotramiento de las piezas en la zona media superior de la misma y la aplicación de la carga en el extremo izquierdo (en un extremo solamente debido a la simetría de la piezas), simulando la flexión producida por la propulsión de la turbina. La Figura 2 muestra dicho montaje. Tabla 1. Deflexiones obtenidas por medición del indicador de carátula. Octubre de 2013 Figura 1. Metodología de la Experimentación. INICIO Prueba de Tracción con probetas normalizadas Prueba de Tracción con probetas ensambladas Simulación con el MEF de prueba de Tracción en piezas aeroespaciaes con acercamiento Simulación con el MEF de prueba de Tracción en piezas aeroespaciales FIN Simulación con el MEF de pruebas de Flexión en piezas aeroespaciaes Simulación con el MEF para casos específicos en piezas aeroespaciales Pruebas de Flexión en piezas aeroespaciales para la obtención de deformaciones Pruebas de Flexión en piezas aeroespaciales para la obtención de deflexiones Figura 2. Montaje de pieza aeroespacial en banco de pruebas. Carga (Lbf) Deflexión (in) Unitaria Ensamblad a 9.32 0.109 0.168 Pieza MEF Galga Diferencia % Nodo ε Unitaria 7685 0.0321 µ 0.0329 µ 0.0008 µ 2.43% Ensamblada 2314 0.0599 µ 0.0509 µ 0.0090 µ 17.7% Tabla 2. Deformaciones Unitarias obtenidas en la ubicación de la galga por el MEF y por galgas extensiométricas. Unitaria Ensamblada 6600tán28a5660 66024tán28a5660 66048tán28a5660 66012tán28a5660 66036tán28a5660 6600tán28a5660 66024tán28a5660 Galga MEF Deformación µε Figura 3. Gráfico de Deformaciones Unitarias obtenidas.

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Ing. Ismael Mendoza MuozUniversidad Autnoma de Baja California Facultad de [email protected] de tesis: Dr. Victor Nuo MorenoEstudio para la conversin de Piezas Aeroespaciales de Aluminio ensambladas a piezas unitarias maquinadas por remocin de material en una sola etapa.

DESCRIPCIN DEL PROBLEMAOBJETIVO GENERAL??MTODORECOMENDACIONESUna Empresa Aeroespacial propone una pieza ensamblada por tres elementos de Aluminio 7071 T6 para revisin, con el fin de conocer si es posible su conversin a pieza unitaria maquinada por remocin de material en una sola etapa. Este trabajo presenta el anlisis para verificar a travs de la realizacin de pruebas estructurales, entre piezas de aplicacin aeroespacial de Aluminio unitarias que tengan las mismas caractersticas geomtricas en comparacin a una entidad formada por ensambles, en donde se evidencie un mejor comportamiento estructural (resistencia). Proponer un metodologa para la conversin de piezas de aplicacin aeroespacial de aluminio ensambladas a piezas unitarias maquinadas por remocin de material en una sola etapa, con el fin de obtener una pieza de mayor resistencia estructural que la ensamblada y as como la reduccin de los tiempos de los procesos de produccin y manufactura (ocasionados por los cambios de herramental de sujecin y posicionamiento necesarios para obtener cada parte del ensamble).RESULTADOSHIPTESISPor medio de un estudio para la conversin de piezas de aplicacin aeroespacial de aluminio ensambladas a piezas unitarias maquinadas por remocin de material en una sola etapa, se lograr incrementar la resistencia estructural con la pieza unitaria. Durante este trabajo se sigui una metodologa de la experimentacin (ver Figura 1), la cual contempl la realizacin de pruebas estructurales utilizando elementos normalizados as como piezas de aplicacin aeroespacial (ambos de Aluminio), utilizando Galgas Extensiomtricas junto con el equipo PXI, con el fin de obtener las deformaciones unitarias en un punto; y pruebas de simulacin por el Mtodo de los Elementos Finitos (MEF) con diferentes condiciones (Traccin, Flexin, Combinados).

La cabina presurizada crea dos tensiones principales en la carcasa cilndrica (circunferencial y longitudinal). Adicionales a estas, se encuentra una flexin local debido al momento flector del fuselaje. Por la naturaleza de la pieza como de su ubicacin en la aeronave, se propone las pruebas de Flexin ya que se supone que stas condiciones asemejan al comportamiento estructural que tiene la pieza de anlisis.Al realizar la prueba Flexin con el indicador de cartula en el extremo donde se aplica la carga, se conoce la deflexin producida. La Tabla 1 muestra los valores.

CONCLUSIONESAdems, se hace una simulacin con el MEF, localizando el nodo que corresponde a la ubicacin de la galga en cada pieza. La comparacin de los resultados, se muestran en la Tabla 2. Los resultados anteriores se pueden apreciar de forma visual en la Figura 3.La prueba de Flexin consta del empotramiento de las piezas en la zona media superior de la misma y la aplicacin de la carga en el extremo izquierdo (en un extremo solamente debido a la simetra de la piezas), simulando la flexin producida por la propulsin de la turbina. La Figura 2 muestra dicho montaje.Tabla 1. Deflexiones obtenidas por medicin del indicador de cartula.Octubre de 2013Figura 1. Metodologa de la Experimentacin.INICIOPrueba de Traccin con probetas normalizadasPrueba de Traccin con probetas ensambladasSimulacin con el MEF de prueba de Traccin en piezas aeroespaciaes con acercamientoSimulacin con el MEF de prueba de Traccin en piezas aeroespacialesFINSimulacin con el MEF de pruebas de Flexin en piezas aeroespaciaesSimulacin con el MEF para casos especficos en piezas aeroespacialesPruebas de Flexin en piezas aeroespaciales para la obtencin de deformacionesPruebas de Flexin en piezas aeroespaciales para la obtencin de deflexiones

Figura 2. Montaje de pieza aeroespacial en banco de pruebas.Carga (Lbf)Deflexin (in)UnitariaEnsamblada9.320.1090.168PiezaMEFGalgaDiferencia%NodoUnitaria76850.0321 0.0329 0.0008 2.43%Ensamblada23140.0599 0.0509 0.0090 17.7%Tabla 2. Deformaciones Unitarias obtenidas en la ubicacin de la galga por el MEF y por galgas extensiomtricas.Figura 3. Grfico de Deformaciones Unitarias obtenidas.1