Investigadores de Virginia Tech desarrollan IGA para un modelado más eficiente de compuestos de piel-stringer con cortes complejos

Se están utilizando estructuras unificadas para construir aviones más ligeros y respetuosos con el medio ambiente. Estos materiales compuestos avanzados de varias capas ofrecen una alta relación resistencia-peso y, por lo tanto, se utilizan cada vez más en las industrias aeroespacial y de construcción naval, entre otras.

Sin embargo, cuando se utilizan en vehículos espaciales hipersónicos, tales estructuras experimentan un aumento significativo de temperatura en poco tiempo, como resultado del calentamiento aerodinámico debido a la fricción entre la superficie del vehículo y la atmósfera. Tales fenómenos son más prominentes durante los procesos de reentrada y lanzamiento. Por esta razón, considerar los efectos térmicos es importante en el diseño y análisis de dichas estructuras.

Debido a un aumento en los requisitos impuestos a los compuestos laminados, para una gran cantidad de aplicaciones de ingeniería, el uso de placas con cortes de formas arbitrarias es inevitable. Pero la respuesta de las estructuras a las cargas puede verse significativamente afectada debido a la presencia de tales recortes. Dado que el estudio de compuestos laminados con recortes es un problema complejo, los métodos numéricos se utilizan ampliamente. Ahora, investigadores del Instituto Politécnico de Virginia y la Universidad Estatal (Virginia Tech, Blacksburg, Virginia, EE. UU.) Han combinado el análisis isogeométrico (IGA) recientemente desarrollado para modelar paneles compuestos endurecidos curvilíneamente con recortes de varias formas y tamaños.

Según el Dr. Balakrishnan Devarajan, ex estudiante de doctorado del Grupo de estructuras unificadas en Virginia Tech, “IGA ofrece una mayor precisión y eficiencia y representa la geometría exacta de los refuerzos en cada nivel de refinamiento de la malla. También permite una mayor flexibilidad en el refinamiento cerca de las áreas donde se conectan los refuerzos y la placa compuesta ”.

El desarrollo realizado por el Dr. Devarajan y su colaborador, el Dr. Rakesh Kapania, introduce una forma novedosa de lograr la continuidad del desplazamiento entre los puntos de control del rigidizador y la placa utilizando una matriz de función de interpolación. El rigidizador curvilíneo fue generado con precisión por solo tres puntos de control (Fig. 1). Los investigadores utilizaron varios parches para crear geometrías de corte complejas y también formularon una metodología para hacer cumplir las condiciones de la interfaz que preservaban la continuidad de orden superior en varios parches. El método desarrollado evita la necesidad de que los nodos de refuerzo coincidan con los nodos de la placa.

El análisis y la comparación con los métodos estándar de elementos finitos muestran tasas más altas de convergencia, precisión y eficiencia utilizando IGA. Este trabajo pronto estará disponible como código de fuente abierta en GitHub. La investigación se ha publicado en Composite Structures artículo:“Pandeo térmico de placas compuestas laminadas endurecidas curvilíneamente con cortes mediante análisis isogeométrico”.