La modelización de datos garantiza la viabilidad de los componentes de las aeronaves
Los materiales termoplásticos se utilizan en muchas industrias debido a su solidez, durabilidad y resistencia frente a la fatiga. Al mismo tiempo, resultan rentables y sostenibles gracias a su reciclabilidad. «A diferencia de los termoestables convencionales, los termoplásticos pueden fundirse y moldearse de nuevo hasta en varias ocasiones», señala Albert Turón, coordinador del proyecto TREAL y miembro del grupo de investigación AMADE de la Universidad de Girona en España. De hecho, estos materiales pueden fundirse una y otra vez de forma casi infinita, lo que contribuye a eliminar los residuos plásticos generados por los flujos industriales.
Compuestos termoplásticos diseñados para la industria aeroespacial
El proyecto TREAL se puso en marcha con el objetivo de ayudar al sector aeroespacial a aprovechar mejor el potencial de estos materiales. Para ello se desarrollaron nuevos modelos de análisis destinados a predecir el comportamiento de los compuestos provistos de termoplásticos y se creó una plataforma de metodologías de ensayo numérico que los fabricantes y diseñadores pudieran utilizar. «Nuestro objetivo era construir una plataforma de modelización virtual fiable, capaz de predecir con eficacia todos los modos de daño y avería que pudieran afectar a estos nuevos materiales termoplásticos —explica Turón—. Uno de los principales obstáculos para la adopción generalizada de los termoplásticos han sido las consideraciones de rendimiento y las dificultades para establecer procesos de fabricación eficientes».
Un análisis numérico de los materiales basado en su fiabilidad
El proyecto dio sus primeros pasos con la fabricación de paneles termoplásticos de alta calidad para aeronaves, a lo que se sumó el desarrollo de un protocolo de pruebas experimentales que permitió estudiar aspectos esenciales de estos, como los límites admisibles de tensión, deformación o rigidez para determinadas configuraciones y condiciones de las aeronaves. Al mismo tiempo, se creó un novedoso modelo numérico destinado a estudiar los daños producidos en los materiales termoplásticos, diseñado para predecir con precisión los mecanismos de rotura y avería de estos nuevos materiales. El objetivo final de estas investigaciones radicaba en demostrar que este tipo de análisis numérico basado en la fiabilidad podría acabar superando —o, al menos, reduciendo— la necesidad de realizar pruebas estructurales físicas, siempre lentas y costosas. A partir de estas premisas, se llevó a cabo una amplia gama de pruebas experimentales con nuevos compuestos termoplásticos con el fin de comprender el comportamiento y los límites admisibles de dichos compuestos. A continuación, se validaron los modelos numéricos para comprobar con qué nivel de precisión podían predecir el comportamiento mecánico de estos materiales.
Cuantificación y gestión de la incertidumbre en el diseño de aeronaves
El equipo de TREAL logró hallar una metodología eficaz para determinar los diseños admisibles a partir de modelos simulados. «En el proyecto TREAL pudimos aplicar el método conocido como cuantificación y gestión de la incertidumbre (UQM, por sus siglas en inglés) a lo largo de toda la cadena de desarrollo —apunta Aravind Sasikumar, de la Universidad de Girona, responsable de la fase de UQM del proyecto—. Hemos hecho uso de esta metodología en diferentes momentos de la investigación, desde la cuantificación de las incertidumbres sobre las propiedades de los materiales hasta el desarrollo de herramientas y procedimientos de análisis precisos para propagarlas con eficacia y obtener valores de diseño fiables. En todos los casos, se trata de información crítica para los ingenieros encargados del diseño de materiales y para los fabricantes de aeronaves, pues debería permitirles diseñar las aeronaves de próxima generación con los niveles de seguridad requeridos». Para hacer accesibles estos resultados, los distintos métodos de análisis creados por el equipo se consolidaron en una plataforma informática bautizada como Digimat. Digimat es una plataforma de modelado de materiales multiescala de última generación que ayuda a los ingenieros a diseñar y optimizar materiales compuestos de forma rápida y rentable. El siguiente paso consistirá en integrar plenamente estas herramientas de análisis numérico dentro de los procesos de UQM a lo largo de las distintas fases de desarrollo de nuevos componentes aeronáuticos. «El planteamiento que hemos ideado ayudará a reducir los plazos de desarrollo del producto, disminuir la magnitud de las extensas campañas experimentales y aumentar la confianza en los límites correspondientes a parámetros como tensión, deformación o rigidez —asegura Sasikumar—. Nuestra esperanza es que esta modelización de datos virtual acabe integrándose en el diseño de las aeronaves de próxima generación».
Palabras clave
TREAL, aeronaves, aeroespacial, termoplásticos, compuestos, UQM, Digimat
