Methodology for repeated load analysis of composite structures with embedded magnetic microwires

Metodología para el análisis de cargas repetidas de estructuras compuestas con microhilos magnéticos incrustados

El artículo trata el tema de la resistencia de estructuras compuestas sometidas a cargas cíclicas con la posibilidad de medir la tensión sin contacto en el interior de un material. Para ello, se ha desarrollado un sensor de tensión sin contacto que utiliza un principio de inducción mejorado basado en microhilos magnéticos incrustados en la estructura de material compuesto. Se aplicó la metodología basada en el enfoque E-N para el análisis de la carga repetida de la conexión de la bisagra del ala, incluido el análisis de resistencia a la fatiga por el método de los elementos finitos (FEM). Los resultados demostraron que, en comparación con las estructuras metálicas, los materiales compuestos ofrecen una importante reducción de peso en la construcción de aviones pequeños, al tiempo que mantienen la resistencia, la estabilidad y la vida útil requeridas de los componentes.

INTRODUCCIÓN

El creciente uso de materiales compuestos avanzados en las estructuras primarias de las aeronaves ha iniciado el debate sobre el comportamiento de dichas estructuras bajo cargas repetidas, ya que existen muchas diferencias claras entre los materiales compuestos y los metálicos. Algunos de los métodos resuelven problemas específicos, como por ejemplo los efectos de la interfaz fibra-matriz para seguir la creación de daños a escalas más pequeñas, la carga de fatiga dominada por la tensión, la carga de fatiga de amplitud o la carga multiaxial [1, 2]. También se han desarrollado muchos modelos analíticos, como por ejemplo el modelo estadístico para predecir la probabilidad de fallo de los laminados de capas cruzadas [3], el modelo cohesivo para modelar las delaminaciones durante la fatiga de alto ciclo [4] o el modelo de elementos finitos con degradación de la rigidez y la resistencia incorporada [5]. Los modelos suelen requerir curvas S-N básicas conocidas también como líneas de Wöhler, pero el problema se plantea con la carga dominante fuera del plano. Para estos casos sólo se han desarrollado enfoques heurísticos o semi-empíricos [6, 7].

EL ENFOQUE E-N

Hasta ahora no existe un modelo analítico completo para materiales compuestos que pueda utilizarse para predecir el comportamiento a fatiga con todos los parámetros y variables, pero el propio modelado se basa siempre en la comprensión de la creación del daño. Nuestra investigación se centra en el enfoque E-N utilizando ensayos de fatiga, sometidos a varios tipos de carga cíclica, como flexión, torsión, tensión y compresión a pequeña escala, para medir la vida a fatiga de estructuras de materiales compuestos con microhilos magnéticos incrustados que permiten la detección no destructiva y sin contacto de la tensión de tracción basada en el método de inducción mejorado.