Influencia de la variación de la sección en el flujo de tensiones tangenciales en secciones de pared delgada constituidas por laminados de material compuesto

Abstract

En la industria aeronáutica y en los aerogeneradores aparecen elementos estructurales que presentan forma de barra de sección de pared delgada variable constituidos por laminados de material compuesto. El uso de modelos simplificados de barras en elementos estructurales constituyen una alternativa adecuada para su estudio. El problema ocurre cuando se pretende estudiar la evolución del flujo de tensiones tangenciales, en los que los modelos de elementos finitos predicen diferentes que los modelos de barras. Es por eso que aquí se pretende analizar si un modelo de elementos finitos sobre un cuerpo que se asemeje a las estructuras anteriores se puede utilizar para estudiar la influencia que la variación de área tiene en dicha evolución del flujo. Para ello, se utilizará la geometría sencilla de un tronco de cono de pared delgada para realizar el estudio, haciendo variar su conicidad para estudiar dicha influencia. Se plantean entonces dos tipos de modelos para la geometría seleccionada: modelos de elementos finitos y modelos de barras, en los que se variará la conicidad del objeto. Para validar los modelos, se utilizará el caso de conicidad nula (geometría de un tubo), donde los resultados de ambos deben coincidir salvo errores de precisión numéricos con la solución analítica. Al realizar el análisis, se llega a la conclusión de que el modelo barras no consigue captar de forma correcta los valores de los flujos tangenciales para valores de conicidad considerables, por lo que queda abierta una línea de investigación con el fin de encontrar la causa. III

Within the aeronautical industry and in wind turbines, there are structural elements that take the form of beams with variable thin-walled cross-sections made up of laminates of composite material. The use of simplified beam models in structural elements make a suitable alternative for their study. The main problem happens when attempting to study the evolution of shear stress flows, where finite element models predict different values than beam models. Hence, it’s considered here to analyze whether a finite element model on a body resembling the before mentioned structures can be used to study the influence of area variation on this flow evolution. To achieve this, a simple geometry of a thin-walled truncated cone will be used for the study, varying its conicity to explore said influence. Two types of models are then proposed for the selected geometry: finite element models and beam models, where the conicity of the object will be modified. To validate the models, the case of zero conicity (geometry of a pipe) will be used, where the results of both should be the same except for numerical precision errors when compared to the analitical solution. Upon analysis, it’s concluded that the beam model fails to accurately capture the values of shear flows for appreciable conicity values, thus leaving open a line of research to find the cause.