Estrutures Aerospacials

ENGINYERIA AERONÀUTICA
ESTRUCTURES
AEROESPACIALS
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30036 Estructures Aeroespacials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
1
Crèdits: 9 (4,5 teoria + 4,5 pràctiques)
Tipus: Obligatòria
Coordinador: Roberto Flores (rflores@cimne.upc.edu)
Altres Professors: Montserrat Sanchez, Rafael Weyler, Oscar Fruitós
Departament: Escola Tècnica Superior d’Enginyeries Industrial i Aeronàutica de Terrassa
Resistència de Materials i Estructures
Presentació
Coneixements previs
Elements de resistència de materials. Mecànica racional. Mecànica analítica. Teoria bàsica
d'elements finits.
Camps professionals
Disseny i anàlisi d'elements resistents de paret prima. Es farà un especial èmfasi en les aplicacions
típiques del camp aeroespacial.
Relació amb altres assignatures
Fonament Físics de l’Enginyeria. Tecnologia Aerospacial. Mecànica I. Mecànica II. Teoria
d'estructures. Càlcul d'estructures: MEF. Materials compostos.
Objectius generals
Introducció a la tipologia de les estructures aeronàutiques i la determinació de càrregues. Anàlisi
simplificada d'estructures semimonocasco. Determinació d'esforços, resistència límit i última, incloent
comportament post-vinclament.
Temari
•
•
Mòdul 0: Recordatori dels fonaments de l’anàlisi estructural
• Estàtica dels cossos rígids.
• Dinàmica del sòlid rígid.
• Elasticitat de sòlids.
• Equilibri de sistemes isostàtics.
Mòdul 1: Lleis constitutives
• Materials elàstics lineals. Tensor de rigidesa elàstica. Simetries del tensor. Materials
isòtrops i anisòtrops.
• Plasticitat: Conceptes bàsics. Comportament a tracció uniaxial. Deformació plàstica i
rigidesa tangent. Càrrega última i càrrega de ruptura. Efecte de les càrregues
cícliques. Teoria de plasticitat. Descomposició additiva de deformacions. Superfícies
de flux, potencials plàstics i multiplicadors plàstics. Models comuns (Tresca, von
Mises). Enduriment cinemàtic i isòtrop.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30036 Estructures Aeroespacials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
2
•
Mòdul 2: Inestabilitat elàstica d'estructures de paret prima
• Introducció. Vinclament de columnes. Càrrega crítica d'Euler. Efecte de les
condicions de suport.
• Repàs de la teoria elemental de plaques i làmines. Inestabilitat elàstica de plaques,
teoria i mètodes de càlcul.
• Vinclament de panells reforçats. Estimació de càrregues crítiques. Anàlisi del
comportament post- vinclament, determinació de càrrega límit i última. Camps de
tensió diagonal en panells reforçats. Crippling.
• Determinació de la càrrega crítica mitjançant MEF. Anàlisi numèrica no-lineal de la
fallada de panells.
•
Mòdul 3: Introducció a les estructures aeronàutiques
• Morfologia de les estructures semimonocasco. Principals components (costelles,
quadernes, panells, travessers, travesserets…). Origen de les càrregues que actuen
sobre una aeronau.
• Tècniques d’anàlisi simplificada. Idealització de les estructures de paret prima,
panells de tall i cordons de tracció. Càlcul de propietats de seccions (rigidesa a flexió i
torsió, posició del centre de tall). Calculo d'esforços deguts a tracció, tall flexió i torsió.
Efectes de l'estrenyiment.
Metodologia de treball
Les docència de l'assignatura es divideix en:
• Classes de teoria, impartides en un aula de forma simultanieja per a tots els alumnes de
l'assignatura.
• Classes de problemes i pràctiques, en les que es dividirà l'alumnat en grups més petit:
• Sessions pràctiques: assajos experimentals en laboratori i resolució d’exercicis
d’aplicació.
• Classes de problemes, impartides a l'aula, en les que es farà aplicació dels
coneixements teòrics.
Organització en mòduls i temps de dedicació de l'estudiant
Mòdul
0
1
2
3
Temps de classe(h)
10
10
35
35
Temps d'estudi
10
10
35
35
Temps total
20
20
70
70
Materials
Bibliografia
Bibliografia bàsica
Analysis and Design of Flight Vehicle Structures, E. F. Bruhn, Jacobs Publishing, 1973.
Airframe Structural Desing, M. Niu, Technical Book Co., 1998.
Bibliografia complementària
Airframe Stress Analysis & Sizing, M. Niu, Adaso Adastra Engineering Center, 1998.
Composite Airframe Structures, M. Niu, Adaso Adastra Engineering Center, 1992.
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30036 Estructures Aeroespacials. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 16/07/07
Modificada en CAA de data 28/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
3
Airframe Structural Design: Practical Design Information and Data on Aircraft Structures, M.
Niu, Adaso Adastra Engineering Center, 2006.
Introduction to Computational Plasticity, F. Dunne & N. Petrinic, Oxford University Press, 2005.
Finite Element Method: A Practical Course, G.R. Liu & S.S. Quek, Butterworth-Heinemann,
2003.
A First Course in Finite Elements, J. Fish & T. Belytschko, Wiley, 2007.
Avaluació
Durant el curs es duran a terme dos exàmens parcials cadascun dels quals representarà el 40% de la
nota final. Addicionalment, es realitzaran sessions pràctiques (tant experimentals com de resolució
d’exercicis) d’assistència obligatòria. Es valorarà la resolució dels exercicis i s’haurà d’el·laborar un
informe de les activitats de laboratori. Les pràctiques contribuiran amb un 20% a la nota final del curs.
N f = 0.40 N1p + 0.40 N2p + 0.20 Ntp.
Nf : Nota final
N1p : Nota 1er parcial
N2p : Nota 2o parcial
Ntp : Nota treballs pràctics