Optimització de l’estructura entre els marcs 54 i 55 de la ‘Keel Beam’ (biga central) de l’avió A350-1000

Abstract

[EN] In this project we are going to analyse a region of the Keel Beam structure which belongs to the aircraft A350-1000. This region is located between Frames 54 and 55. In this analysis the aim is to optimise deeply this structure, in order to reduce as much as possible the mass so that, its unions keep on being suitable to fulfil the requirements in terms of security and stability.

At the beginning we have two similar models with slight shape differences. Thus, those models are going to be modelled and then we are going to work out the security coefficients of their junctions as well as their stability. Once we have done the calculation of the original models, we will proceed to perform the necessary modifications for both models. This procedure will be done as many times as we need while keeping the fulfillment the calculation requirements. So, the objective of this project will be to demonstrate which of both models is the lightest.

The knowledge followed to perform this study has been the structure calculation theory of composite and metallic materials applied to joints. In this part of the project, we will work out the RFcritic which is the minimum coefficient of security that bolts must achieve in order to fulfil the design requirement. This ratio must be greater than or equal to unity. Otherwise we will have to calculate the instability throughout all the structure and see what part of this is most concerned. Then, in this case we will calculate the buckling modes which first must also be greater than unity.

There are several programs that have made possible the development of this project. Firstly, the structure parts have been meshed by the HyperMesh Software. Then, the pre-processing, the calculation and the post-processing of the model have been done with the Nastran-Patran Software. We finally have used a file called FiledHole for calculating bolted joints which later is executed by another program called ISAMI.

[ES] En la presente Tesis de Máster se analiza una parte de la estructura de la ‘Keel Beam’ o Viga Central del avión A350-1000, situada entre los marcos 54 y 55 del fuselaje. En este análisis de lo que se trata es de optimizar dicha estructura con el fin de reducir en la medida de lo posible la materia y que esta siga cumpliendo con los requisitos mínimos de seguridad mínimos en términos de uniones y estabilidad.

El punto de partida son dos modelos similares pero con ciertas diferencias de diseño. Entonces estos van a ser modelados y se van a calcular los coeficientes de seguridad de las uniones que poseen así como su estabilidad. Una vez realizados estos primeros cálculos, se harán las modificaciones necesarias para ambos modelos. Este procedimiento se hará las veces necesarias siempre que se cumplan los requerimientos de cálculo. Por tanto, el objetivo de la presente tesina comprobar cuál de los dos modelos será al final el más ligero.

El procedimiento a seguir para la realización del presente estudio está basado en los conocimientos de cálculo de estructuras tanto de material compuesto como metálico aplicado a las uniones. En esta parte de la tesina calcularemos el RFcrítico que es el coeficiente de seguridad crítico mínimo a cumplir por las uniones. Este coeficiente tiene que ser igual o superior a la unidad. Por otra parte tendremos que calcular la inestabilidad de toda la estructura y ver en qué parte de esta afecta. En este caso calcularemos los modos de pandeo, donde los primeros modos deberán de ser también iguales o superior a la unidad.

Los programas que han hecho posible el desarrollo del presente estudio son varios. Primeramente, las partes de la estructura han sido malladas mediante el programa HyperMesh. El pre procesado, cálculo y postprocesado del modelo se ha realizado con los programas Nastran-Patran, y un fichero de cálculo llamado FiledHole para uniones que se lanza en otro programa llamado ISAMI.

[CA] En la present Tesi de Màster es va a analitzar una part de l’estructura de la ‘Keel Beam’ o Biga Central de l’avió A350-1000, situada entre els marcs 54 i 55. En aquesta anàlisi del que es tracta, és d’optimitzar al màxim la ja anomenada estructura per tal de reduir dins lo possible la matèria i que aquesta seguisca acomplint els requeriments de seguretat mínims en matèria d’unions i estabilitat.

El punt de partida són dos models semblants amb certes diferències de disseny. Llavors aquests van a ésser modelitzats i es van a calcular els coeficients de seguretat de les unions que posseeixen així com llur l’estabilitat. Un cop realitzat aquests primers càlculs dels models originals, es faran les modificacions necessàries per ambdós models. Aquest procediment es farà les vegades pertinents mentre s’acomplisquen els requeriments de càlcul. Aleshores l’objectiu de la present tesina serà veure al final quin dels dos models serà el més lleuger.

El camí a seguir per la realització del present estudi seran els coneixements de càlcul de estructures tant de material compost com metàl·lic aplicat a les unions. En aquesta part de la tesina calcularem el RFcrític que és el coeficient de seguretat crític mínim a complir per les unions. Aquest coeficient cal que siga igual o superior a la unitat. Altrament haurem de calcular la inestabilitat per tota la estructura i veure a quina part d’aquesta afecta. En aquest cas calcularem els modes de vinclament els quals més petits que també deuen d’ésser superior a la unitat.

Els programes que han fet possible el desenvolupament del present estudi són diversos. Primerament, les parts de l’estructura han estat mallades mitjançant el programa HyperMesh. El pre-processament, càlcul i post-processament del model s’ha realitzat amb els programes Nastran-Patran, i un fitxer de càlcul anomenat FiledHole per unions que es llança amb altre programa anomenat ISAMI.