Estudio analítico y por elementos finitos de pandeo elasto-plástico e imperfecto en paneles aeronáuticos

Abstract

[ES] El presente trabajo aborda el estudio del pandeo y post-pandeo de placas y paneles rectangulares, propios de la estructura semi-monocasco predominante en los diseños aeronáuticos actuales. Se añade la influencia de una imperfección inicial coincidente con el modo de pandeo de la estructura y el comportamiento elasto-plástico del material.

En primera instancia se analiza el pandeo y post-pandeo de una placa elástica e imperfecta bajo diferentes condiciones de contorno. A continuación, se introduce la posibilidad de que el material entre en zona elasto-plástica bien al inicio de pandeo o bien en post-pandeo, lo que constituye dos problemáticas diferentes. Además, se comparan soluciones experimentales con diferentes teorías elasto-plásticas modernas aún debatidas en la actualidad. Posteriormente, se repite el estudio completo de post-pandeo para placas largas y se realiza la comparativa con placas cuadradas. Se finaliza el trabajo abordando un análisis completo de pandeo y post-pandeo en un panel integral, en el que se incluyen la teoría elasto-plástica y la imperfección inicial. Se presta especial atención a la distinción entre modos de pandeos locales y globales, así como los peligros asociados a este último.

Para el análisis de cada caso se contrastan métodos analíticos, el método de los elementos finitos y, en algunos casos, soluciones experimentales y referencias externas. El cálculo analítico se aborda con ayuda del software comercial Mathematica, el numérico con Abaqus y el post-procesado de gráficas con Illustrator.

[EN] The study of buckling and post-buckling of rectangular plates and panels, specific of the semi-monocoque structure, is discussed. The possibility of an initial imperfection that matches with the buckling mode of the structure and the elasto-plastic behaviour of the material is included.

Firstly, the buckling and post-buckling of an elastic and imperfect plate is analyzed under different boundary conditions. Then, the possibility of elasto-plastic behaviour for both buckling or post-buckling is studied, raising two different problems. Different controversial modern elasto-plastic theories are also compared with experimental solutions. Subsequently, the full post-buckling study is repeated for long plates and compared with the results of square plates. The work is concluded addressing a complete analysis of buckling and post-buckling for an integral panel, including both the elasto-plastic theory and the initial imperfection. Particular attention is paid to the distinction between local and global buckling modes, as well as to the risks associated with the last one.

In every study, analytical methods, the finite element method and, in some cases, experimental solutions are contrasted. The analytical calculation is approached with the support of the commercial software Mathematica, the numerical one with Abaqus and the post-processing of plots with Illustrator.