Análisis numérico de la predicción de vida por fatiga en álabes de fan de aerorreactores mediante ABAQUS y FE-SAFE

Abstract

[ES] En la actualidad existen herramientas numéricas muy potentes basadas en el método de los elementos finitos para la determinación del daño localizado y fallo en materiales metálicos utilizados en la industria aeronáutica. En el presente trabajo se investiga la predicción de la vida por fatiga de un álabe de la primera etapa del compresor de baja presión de un aerorreactor mediante este método con los softwares especializados Abaqus y FE-Safe. Para su funcionamiento y puesta, a punto es necesario el conocimiento de los distintos criterios de fallo por fatiga uniaxial, fatiga multiaxial y fretting fatiga, de manera que se pueda simular correctamente la iniciación del fallo y su posterior propagación. La tarea principal consistirá en la revisión bibliográfica de estos criterios y su aplicación a casos reales. Se comenzará con el análisis por elementos finitos de muestras y probetas para valorar la idoneidad de los criterios empleados con el fin de verificar la validez de las soluciones halladas con el software a partir de la comparación con los resultados experimentales previamente obtenidos. Finalmente, se llevará a cabo el modelado 3D y análisis concreto de un álabe de la primera etapa del fan del motor a reacción militar General Electric F404. Tras conocer el estado de cargas y los mecanismos de fallo a los que puede estar sometido un álabe, susceptible de varios tipos de problemas por las condiciones en las que opera, se procederá a la determinación de los ciclos de vida que desarrollaría durante su vida útil mediante los criterios estudiados.

[EN] At present there are very powerful numerical tools based on the finite element method for the determination of localized damage and failure in metallic materials used in the aeronautical industry. The present work investigates the prediction of the fatigue life of a first stage low pressure compressor blade compressor of an aeroengine using this method with the specialized software Abaqus and FE-Safe. For its operation and tuning, it is necessary to know the different criteria of uniaxial fatigue failure, multi-axial fatigue and fretting fatigue, so that the initiation of the failure and its subsequent propagation can be correctly simulated. The main task will be the bibliographic review of these criteria and their application to real cases. It will begin with the analysis by finite elements of samples and specimens to assess the suitability of the criteria in order to verify the validity of the solutions found with the software from the comparison with the experimental results previously obtained. Finally, the 3D modeling and specific analysis of a first stage fan blade of the military jet engine General Electric F404 will be carried out. After knowing the state of loads and the failure mechanisms to which a blade may be subjected, susceptible to various types of problems due to the conditions in which it operates, it will proceed to the determination of the life cycles that it would develop during its lifetime by the studied criteria.