Mención Internacional en el título de doctorLa presente Tesis Doctoral aborda el estudio de las uniones mecánicas a través del desarrollo de modelos teóricos que sean capaces de predecir el comportamiento de las mismas. Para ello se han abordado los dos tipos de uniones mecánicas más comunes en las estructuras aeronáuticas, como son la unión a solape doble y simple. Para el caso de la unión a solape doble mediante pasador, se ha propuesto un modelo analítico que combina dos submodelos. El primero de ellos predice la rigidez a nivel global en la unión, mediante el empleo de un modelo masas-muelles. El segundo de ellos predice la rotura en la unión, analizando las tensiones producidas en cada una de las láminas del laminado en las inmediaciones del agujero a nivel local. La verificación de un fallo en el segundo submodelo afecta a la rigidez del global del primer submodelo. La interacción entre estas dos vías da un modelo completo que predice el comportamiento de la unión a solape doble con un bajo coste computacional.
Cuando la unión se ha diseñado con una disposición a solape simple, se ha propuesto en este caso dos vías para su análisis: La primera es mediante un modelo analítico de masas-muelles para la predicción a nivel global del comportamiento de la unión en el rango elástico. Para ello se ha propuesto considerar la exión secundaria dependiente únicamente de los parámetros geométricos y del material; en lugar de parámetros experimentales como se venido haciendo hasta ahora en la literatura científica. Para la segunda vía se ha desarrollado un modelo numérico completo que pudiese predecir el comportamiento de la unión en todas sus fases, en zona elástica y cuando el daño aparece y además se propaga. El modelo numérico consigue predecir la aparición y propagación del fallo, que con el modelo analítico no se podrán abordar debido a la complejidad en el comportamiento de la unión. Para la caracterización del daño en la unión se ha propuesto un nuevo criterio de rotura, que considera el efecto de las tensiones fuera del plano debidas al par de apriete y a la exión secundaria.
Los modelos propuestos han sido validados mediante la realización de ensayos experimentales y la comparación con resultados publicados en la literatura.This PhD Thesis discusses a mechanical joints study through the development of predictive models. The two most common types of mechanical joints in aeronautical structures, double-lap and single-lap joints, have been analysed in this work. In the case of double-lap joint by pin, an analytical model that combines two sub-models is proposed. The first predicts global stiffness by the use of a spring-mass model. The second sub-model predicts how the joint fails, analyzing the stresses field in the vicinity of the hole in each layer. Verifying a presence of failure in the second submodel affect the stiffness of the first submodel. The interaction between these two paths gives a complete model that predicts the behaviour of the double-lap joint by pin with low computational cost. When the joint is designed using a simple-lap configuration, two pathways for analysis are proposed: The first is an analytical spring-mass model for predicting the global behaviour in the elastic range. For this, the model considers that the secondary bending effect is dependent on the geometrical parameters and material; instead of experimental parameters, as it is indicated, until now, in scientific literature. For the second way, a completed numerical model that predicts the joint behaviour, has been developed. The numerical model predicts the damage and its propagation, due to the complexity of the damage modes the analytical model was not able to predict the joint failure. A new set of failure criteria was developed to include the out-of-plane stresses produced by secondary bending and torque. The present models have been validated through the comparison with experimental tests and results published in scientific literature.Programa Oficial de Doctorado en Ingeniería Mecánica y de Organización IndustrialPresidente: Ramón Eulalio Zaera Polo.- Secretario: Luis Castejón Herrer.- Vocal: Filipe Teixeira-Dia
