Proyecto DEMONSTRATE

Comenzado: 2021

Completado: 2023

Participantes: Líder: APPLUS LABORATORIES, ATHENA-RC

Financiación: Este proyecto ha recibido financiación de Clean Sky 2 Joint Undertaking (JU) en virtud del acuerdo de subvención nº 101007881. El JU recibe el soporte del programa de la Unión Europea Horizon H2020 para la investigación y la innovación así como el soporte de otros miembros del Clean Sky 2 fuera de la Unión.

El proyecto de I+D Demonstrate forma parte del programa de investigación Clean Sky, centrado en desarrollar tecnologías de vanguardia para optimizar el comportamiento medioambiental de los aviones y el transporte aéreo. 

Demonstrate se enmarca dentro de la actividad C (Eco-Design) del Demostrador Tecnológicao Integrado AIRFRAME de Cleansky

Objetivo

El objetivo del proyecto Demonstrate es evaluar la resistencia estructural de dos nuevos diseños de fuselajes aeronáuticos; uno de aleación Al-Li y otro de termoplástico.

El proyecto Demonstrate está dividido en cuatro áreas de investigación específicas y complementarias:

• Desarrollo de una nueva metodología de ensayos virtuales para evaluar la influencia de diversas condiciones de contorno y de carga sobre paneles curvos que sean representativas de las condiciones sometidas a un fuselaje en condicione de vuelo;
• Desarrollo de un novedoso concepto de banco de ensayo, que sea fácilmente adaptable a diferentes geometrías, y que permita introducir las condiciones de contorno/carga requeridas.;
• Estudio de nuevas técnicas metrológicas para monitorizar la deformación del panel y capturar el daño durante el desarrollo del ensayo;
• Desarrollo y aplicación de una metodología de simulación avanzada y específica para los materiales empleados en este proyecto (aleación Al-Li y termoplástico)

Concepto de Banco de Ensayo Versátil

En este proyecto Applus+ Laboratories propone desarrollar un banco de ensayo de paneles de fuselaje curvos que permita garantizar:

• La adecuada introducción de cargas axiales, de flexión, torsión y cortante,
• así como simular los cambios de presión internas debidos a la presurización y despresurización de la cabina.

El banco de ensayos del proyecto DEMONSTRATE será adecuado para probar grandes paneles curvos de un amplio rango de longitud y curvatura, con distintas configuraciones de carga y condiciones de contorno.

Debido a la variabilidad de radios de curvatura y geometría de los larguilleros de los paneles, será preciso diseñar un banco que permita una modularidad de sus componentes para adaptarlo fácilmente a cada configuración para asegurar su completa certificación estructural.

El banco de ensayo que propone el consorcio Demonstrate requiere sólo un segmento de panel curvo en lugar de una sección cilíndrica completa del fuselaje, permitiendo validar nuevos conceptos estructurales y nuevos materiales a menor coste.

Una metodología robusta para monitorizar el componente, el banco de ensayo y las condiciones de contorno

La precisión de los modelos FEM usados para realizar ensayos virtuales puede ser evaluada mediante la realización de ensayos en laboratorio, contrastando luego la información obtenida con los resultados de los ensayos virtuales.

Para ello, este proyecto implementará la metodología Absolute Accurate, que es un enfoque experimental desarrollado por Applus+ Laboratories y que tiene por objetivo aportar una forma más robusta de identificar las condiciones de contorno de los ensayos realizados mediante la extensión de la instrumentación más allá de la muestra y la monitorización del banco de ensayos.

Herramientas digitales específicas para comparar los resultados de ensayos en laboratorios y simulaciones

Por otro lado, se usarán herramientas innovadoras desarrolladas por Applus+ Laboratories para mejorar la calibración y la validación de los modelos FEM.

Estas soluciones de software proveen una infraestructura digital que facilita la comparación de los resultados de ensayos experimentales y simulaciones, la creación de cartas de materiales utilizadas en el software de simulación y la validación del modelo de simulación.

Mejora de la calidad de los resultados: agilidad y precisión

En el proyecto se busca mejorar la calidad de los resultados y por ello, se aplicará la tecnología de Correlación Digital de Imágenes (Digital Image Correlation o DIC) que permite medir de forma más rápida y precisa del campo de deformaciones de una estructura.

Monitorización del campo de deformaciones en tiempo real

La monitorización del campo de deformaciones se realizará en tiempo real gracias al algoritmos optimizados de Digital Image Correlation (DIC).

En este proyecto, se aplicarán igualmente nuevos métodos para mejorar la detección del inicio de fisura/delaminaciones y su propagación mediante:

• Cámara acústica y metrología sin contacto para la detección rápida de indicaciones que puedan ser señal de delaminaciones o inicio de fisuras
• Termografía IR estimulada no lineal 

Optimización de tiempo en la Detección y monitorización de daños durante el ensayo

Las técnicas estándar de inspección no destructivas utilizadas para monitorizar el inicio, la evolución de grietas (en estructuras metálicas) y el crecimiento de daños (en compuestos), implican detener el ensayo para poder realizarse. Estas inspecciones impactan significativamente en el tiempo de ejecución de los ensayos.

Para superar este inconveniente, y satisfacer los diferentes requisitos de la campaña de ensayo:

• Carga: estática, fatiga
• Materiales: metal, compuestos
• Estado del daño: iniciación o propagación
• Nivel de caracterización del daño: identificación vs cuantificación

Se aplicarán diversas técnicas de monitoreo de daños sin contacto:

• Detección de despegado y crecimiento de daños a través del sistema de cámara acústica
• Métodos basados en termografía para la detección de iniciación y propagación de daños en materiales compuestos.
• Técnica de Emisión Acústica para la identificación de daños
• Detección local de despegado y crecimiento de daños mediante Phased Array Ultrasonics
• Pintura recubrimiento de plata para el control local de la iniciación y propagación de grietas en los paneles metálicos

Más información en: https://www.horizon-demonstrate.eu/