Caracterización y evaluación estructural de sólidos celulares implementados en una caja de torsión alar

Abstract

La necesidad de diseñar estructuras aeronáuticas ligeras sin comprometer su rendimiento ni resistencia impulsa la utilización de sólidos celulares como alternativa para la reducción de masa. No obstante, la caracterización y el desempeño mecánico de estos materiales aún presentan vacíos cuando se integran en una caja de torsión alar bajo cargas flexurales. Este trabajo evalúa el desempeño estructural de sólidos celulares bidimensionales (honeycombs) al implementarse como núcleo en el revestimiento reforzado de una caja de torsión alar, con aplicaciones en vehículos aéreos no tripulados. La investigación se desarrolla en tres etapas. En primer lugar, se realiza la caracterización mecánica de probetas celulares representativas, considerando variaciones en la forma y tamaño de la celda, para determinar la estructura celular con el mejor comportamiento mecánico ante cargas de flexión. En segundo lugar, se diseña el modelado estructural de la caja de torsión alar, definiendo la geometría, materiales, condiciones de frontera y cargas aerodinámicas representativas a utilizar. En último lugar, se lleva a cabo la evaluación estructural mediante el Método de Elementos Finitos, comparando un modelo preliminar de la caja de torsión alar con núcleo sólido frente a un modelo con núcleo celular, a través de análisis estructurales estáticos, modales y dinámicos de respuesta transitoria. Los resultados indican que la integración del núcleo celular en una caja de torsión alar permite reducir la masa estructural sin comprometer la capacidad de resistir las fuerzas de sustentación impuestas; sin embargo, redistribuye los esfuerzos dentro del núcleo e incrementa el desplazamiento bajo condiciones dinámicas.