Título
Optimización topológica del soporte de las puertas de un motor de avión para su fabricación por manufactura aditiva
Autor
ISRAEL BRAVO RIOS
Colaborador
JORGE CORONA CASTUERA (Asesor de tesis)
JULIO ALFONSO ANDALUZ (Revisor)
Nivel de Acceso
Acceso Abierto
Materias
Optimización - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Topológica - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Reducción de masa - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Manufactura aditiva - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) SIMP - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) inspire - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) FEA - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Estructural - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Aircraft structures - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Optimization - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Topology - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Mass reduction - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) Additive manufacturing - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) SIMP - (PALABRA CLAVE DEL AUTOR) INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA - (CTI) CIENCIAS TECNOLÓGICAS - (CTI) INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA AERONÁUTICAS - (CTI) AERONAVES - (CTI) AERONAVES - (CTI)
Resumen o descripción
En la industria automotriz, así como en la industria aeronáutica, la masa de los componentes es uno de los factores a considerar en el diseño de vehículos aéreos y terrestres. Además, derivado de la demanda global por reducir el consumo de combustible y las emisiones de los vehículos, el diseño y fabricación de componentes estructurales ligeros ha tomado gran importancia. En el presente trabajo se realiza la optimización topológica del soporte de las puertas de un motor de avión para reducir la masa del componente. Plantea aprovechar las ventajas que ofrece la manufactura aditiva (MA) la cual permite la fabricación de componentes mecánicos de geometría compleja donde el uso de métodos convencionales sería muy difícil o imposible. Como parte de la investigación se describen los principales métodos de optimización topológica e investigaciones relevantes que lograron combinar de manera exitosa la optimización topológica y la manufactura aditiva. Se utilizó Solidthinking Inspire el cual es un programa especializado en simulación y optimización de geometrías; y Ansys Workbench para la validación estructural por análisis de elemento finito (FEA). Como resultado de esta investigación, se presenta un componente optimizado de geometría orgánica con una mejor distribución de material en donde el material ineficiente fue eliminado. Se logra una reducción de 0.337 kg equivalente a un 52% de la masa actual del componente. Los resultados del análisis de elemento finito (FEA) demuestran que se logra reducir la masa del componente sin afectar la capacidad de carga del mismo. Si bien estos resultados parecen ser cualitativamente razonables, trabajos posteriores deberán realizar pruebas experimentales para comparar con los resultados obtenidos por FEA. Un prototipo fue fabricado en plástico mediante manufactura aditiva utilizando el proceso FDM, igualmente, no se anticipa ningún problema para su fabricación por manufactura aditiva de metales.
In the automotive industry, as well as in the aeronautical industry, the mass of the components is one of the factors to consider in the design of air and land vehicles. In addition, derived from global demand to reduce fuel consumption and vehicle emissions, the design and manufacture of lightweight structural components has taken on great importance. In the present work, the topological optimization of an aircraft engine door support is carried out to reduce the mass of the component. It proposes to take advantage of the additive manufacturing (AM) which allows the manufacture of mechanical components with complex geometry where the use of conventional methods would be very difficult or impossible. As part of the research, the main methods of topological optimization are described as well as relevant researches that successfully combined topological optimization and additive manufacturing. Solidthinking Inspire was used, this is a specialized software for geometry simulation and optimization; Ansys Workbench was also used for structural validation by finite element analysis (FEA). The result of this research is an optimized component with an organic geometry and better material distribution in which inefficient material was removed. A mass reduction of 0.337 kg was achieved, this is equivalent to 52% of the original mass of the component. The finite element analysis (FEA) demonstrates that the mass of the component was reduced without affecting the load capacity. Although these results seem to be qualitatively reasonable, future research’s projects should perform experimental tests to compare with the results obtained by FEA. A prototype was manufactured in plastic by additive manufacturing using the FDM process, likewise, no problem is anticipated for fabrication by additive metal manufacturing.
Editor
CIATEQ, A.C.
Fecha de publicación
2020
Tipo de publicación
Tesis de maestría
Recurso de información
Formato
application/pdf
Idioma
Español
Audiencia
Público en general
Repositorio Orígen
CIATEQ Digital
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