Análisis del diseño de un soporte/aislador de vibraciones

RESUMEN. En el presente trabajo se realiza el análisis general de un dispositivo de seguridad el cual es llamado aislador de vibraciones de un avión Saab 340, para determinar sus propiedades tanto mecánicas como estructurales, con la finalidad de adquirir conocimientos tanto de su proceso de fabricación como de los elementos químicos constituyentes. Saab es una empresa de defensa y aviación sueca, fundada en Linköping en 1937, el nombre es un acrónimo de Svenska Aeroplan Aktie Bolang (Sociedad Anónima de Aeroplanos Suecos). Debido a cambios en la directiva de la empresa en los 90´s, el nombre actual es Saab AB. El avión designado inicialmente como Saab-Fairchild 340, cuyo primer prototipo voló por primera vez el 25 de enero de 1983, tras la salida de la empresa Fairchild (empresa estadounidense fabricante de aviones) del proyecto conjunto en 1984, el nombre fue finalmente cambiado por 340A. En 1989, una versión mejorada del 340A; el 340B, el cual introdujo nuevos motores más potentes y un timón de cola mayor. La versión final se realizó en 1994, el 340B Plus, el cual incorporó mejoras que se introdujeron al mismo tiempo en el SAAB 2000 [0.1]. De acuerdo con datos del sitio web AirDisaster.com, el Saab 340 es el avión más seguro en su base estadística, con solamente tres accidentes fatales en más de nueve millones de vuelos realizados [0.2] En la base de datos de la ASN (Aviation Safety National Database) entre 1983 y 2011 hubo 10 accidentes de pérdida de casco en el que se vieron involucrados aviones de la serie SAAB 340, resultando en la muerte de 48 personas [0.3]. Se realizó el análisis del diseño del aislador de vibración mediante el análisis simulado por CAE (Computer Aided Engineering). Mediante diversas técnicas se caracterizó los diferentes componentes del aislador de vibraciones. Se realizó el análisis químico de los diferentes componentes para determinar sus elementos de aleación y su porcentaje, también se realizaron pruebas mecánicas para determinar sus propiedades: dureza y esfuerzo de cedencia. Se realizaron procesos de re-ingeniería con el fin de entender y optimizar el diseño y la estructura del componente. Incluyendo su caracterización microestructural y de las propiedades mecánicas de los elementos que lo constituyen. Con el programa de diseño CAD (Computer Aided Design) se reprodujo el componente y posteriormente a las pruebas mecánicas y se realizó el análisis estructural vía CAE (Computer Aided Engineering). Se determinó la distribución de esfuerzos y la deformación a la que se someten los componentes. Con ayuda del programa ANSYS Workbench se realizó el análisis de la estructura en relación a su geometría para identificar las frecuencias naturales a las que el componente se encontraba expuesto. Las pruebas de tensión fueron realizadas bajo la norma ASTM E8 [0.4]. La medición de la dureza se realizó en la escala de dureza Rockwell E, K y C, dado a que es un método práctico y conciso para determinar la resistencia de un material para ser penetrado. Para la realización del estudio químico de cada uno de los componentes, primero se procedió al desmantelamiento del mismo con la obtención de muestras y polvos de cada una de ellas. Se determinó que el componente es bastante complejo en su constitución y de que se requieren de diversos procesos de conformado para lograr su fabricación. Entre las aleaciones identificadas se encuentran aleaciones base aluminio, aceros al carbono e inoxidable. El presente estudio permite estimar la posible fabricación del componente en estudio en México. La construcción de esta pieza reduciría los costos y se abriría un campo de trabajo para los especialistas en reingeniería debido a que la pieza actualmente no se produce en el país.

SUMMARY. The present thesis work carries out the general analysis of a safety device, which is called vibration isolator of a Saab 340 aircraft, in order to determine its mechanical and structural properties and to acquire the knowledge of both manufacture process and constituent chemical elements. Saab is a Swedish defense and Aviation Company, founded in Linköping in 1937, the name is an acronym for Svenska Aeroplan AktieBolang (Swedish Aircraft Corporation). Due to changes in the company's policy in the 90's, the current name is Saab AB. The aircraft initially designated as the Saab-Fairchild 340, whose first prototype flew for the first time on January 25, 1983. After the departure of Fairchild (the American aircraft company) from the joint project in 1984, the name was eventually changed to 340A. In 1989 the 340B version was constructed as improved version of the 340A; which introduced new more powerful engines and a larger tail rudder. The final version was made in 1994, the 340B Plus, which incorporated improvements that were introduced at the same time in SAAB 2000 [0.1]. According to data from the AirDisaster.com website, the Saab 340 is the safest aircraft in its statistical database, with only three fatal crashes on more than nine million flights [0.2] For the ASN Database between 1983 and 2011 there were 10 crash helmet accidents involving Saab 340 series aircraft, resulting in the deaths of 48 people [0.3]. The analysis of the design of the vibration isolator was carried out by CAE (Computer Aided Engineering) simulation. Several techniques were used to characterize each vibration isolator components. The chemical analysis of the different components was carried out to determine their alloying elements and their percentages as well as mechanical test to determine their properties: hardness and yield stress. Re-engineering processes were performed in order to know and optimize the design and structure of the component. This includes its structural characterization and the mechanical properties of theirs components. Using the CAD (Computer Aided Design) program, the component was renderized and following to the structural analysis tests, via CAE (Computer Aided Engineering) were determined the stress distribution and the deformation to which the components were subjected. With the help of the ANSYS Workbench program, the structure was analyzed in relation to its geometry to identify the natural frequencies to which the component was exposed. Tensile tests were performed under ASTM Standard E8 [0.4]. Hardness measurement was performed on the Rockwell E, K and C hardness scale; given that it is a practical and concise method for determining the strength of a material to be penetrated. For the accomplishment of the chemical study of the each one component, it was first dismantled and sampling as powders. It was determined that the component is quite complex in its constitution and that various forming processes are required to achieve its manufacture. Among the identified alloys are aluminum base alloys, carbon steels and stainless steels. The previous study allows us to estimate the possible manufacture of this component under study in Mexico. The construction of this piece would reduce costs and would open a field of work for the specialists in reengineering because the piece is not currently produced in the country.