ES2853553T3 - Sistema y método para probar una unión de filete - Google Patents
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Abstract
Aparato de prueba (600) para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete (128) que une un componente de refuerzo (308) con un componente de revestimiento (302) de una muestra de prueba (300), que comprende: un accesorio inferior (634) configurado para mantener el componente de refuerzo (308) en una posición fija; un accesorio superior (602) configurado para acoplar el componente de revestimiento (302) en un par de ubicaciones de acoplamiento (626) en lados opuestos de la unión de filete (128); y una junta de cardán (604) acoplada mecánicamente al accesorio superior (602) y configurada para aislar sustancialmente la unión de filete (128) frente a la flexión asimétrica durante la aplicación de una carga de prueba de tensión (500) a la unión de filete (128); y en el que: el accesorio superior (602) incluye un par de dispositivos de acoplamiento (622) que pueden colocarse en las ubicaciones de acoplamiento (626); y los dispositivos de acoplamiento (622) están acoplados mecánicamente a la junta de cardán (604).
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y método para probar una unión de filete
Campo
La presente divulgación se refiere generalmente a pruebas estructurales y, más particularmente, a sistemas de prueba para caracterizar la capacidad de soporte de carga de prueba de tensión de las uniones de filete entre dos componentes estructurales.
Antecedentes
La unión adhesiva de los componentes estructurales proporciona diversas ventajas con respecto a la sujeción mecánica. Por ejemplo, la unión adhesiva da como resultado una distribución de la tensión más uniforme a través de una junta unida en relación con la distribución de la tensión a través de una junta sujeta mecánicamente. Además, el adhesivo forma una barrera entre los componentes estructurales que puede evitar efectos indeseables que pueden asociarse con las juntas mecánicas en las que materiales diferentes están en contacto directo entre sí. La unión adhesiva de los componentes estructurales también puede reducir los costes de montaje y proporcionar una mayor vida útil frente a la fatiga en relación con los costes de montaje y con la vida útil frente a la fatiga asociada con las juntas sujetas mecánicamente.
Una unión de filete es un tipo de unión adhesiva entre una superficie curva de un componente y una superficie generalmente plana de otro componente. En una unión de filete, el material adhesivo forma filetes entre los componentes unidos. El grosor de una unión de filete puede variar a través de una línea de unión entre los dos componentes. Ventajosamente, las uniones de filete pueden proporcionar una mejor distribución de la tensión en una junta mediante la distribución de la carga en la junta sobre un área de superficie relativamente grande.
Para determinados conjuntos que tienen juntas unidas, puede resultar necesario calificar la capacidad de soporte de resistencia de las juntas unidas antes de poner el conjunto en servicio. Por ejemplo, antes de certificar una aeronave, puede resultar necesario calificar las juntas unidas en la estructura de soporte de carga principal de la aeronave. La calificación de las juntas unidas puede incluir la verificación de que los márgenes de seguridad de las juntas unidas se encuentran dentro de los límites de diseño. Los márgenes de seguridad pueden determinarse aplicando cargas a muestras de prueba de la junta unida en donde las cargas simulan cargas reales a las que puede estar sometida la junta unida durante la vida útil de la junta.
Algunas estructuras pueden estar sometidas a cargas en servicio que ponen una unión de filete bajo cargas de tracción de tensión (por ejemplo, fuera de plano). Una estructura de este tipo que puede verse sometida a cargas de tracción de tensión es un panel de revestimiento que tiene una pluralidad de refuerzos situados en relación separada unos con respecto a otros en un lado del panel de revestimiento. Cada uno de los refuerzos puede unirse al panel de revestimiento con una unión de filete que se extiende a lo largo de la longitud del refuerzo. Durante el servicio, la carga de tracción de tensión puede distribuirse generalmente de manera uniforme a través del panel de revestimiento y puede provocar que las uniones de filete se carguen de tensión.
Los aparatos de prueba convencionales para someter a prueba la capacidad de soporte de carga de las juntas unidas están dirigidos generalmente hacia la geometría de unión plana entre dos componentes generalmente planos. El material adhesivo en una geometría de unión plana de este tipo puede tener un grosor generalmente uniforme en toda la junta unida. Los aparatos de prueba convencionales pueden incluir una placa de apoyo generalmente plana que puede montarse en una superficie exterior de una muestra de prueba que tiene una geometría de unión plana. El aparato de prueba puede estar montado dentro de una máquina de prueba. La muestra de prueba puede dotarse de medidores de deformación de modo que las mediciones de deformación pueden registrarse durante la aplicación de una carga de prueba. Los niveles de deformación pueden convertirse en tensión. La muestra de prueba puede someterse a prueba para buscar fallos y los niveles de tensión en los fallos pueden correlacionarse con los valores de resistencia de la junta unida.
Lamentablemente, los aparatos de prueba convencionales que usan placas de apoyo no pueden proporcionar una duplicación precisa de las fuerzas inducidas en una unión de filete. Por ejemplo, para el conjunto estructural anteriormente mencionado que tiene refuerzos unidos a un panel de revestimiento, las cargas de tracción de tensión en el panel de revestimiento pueden inducir cargas de flexión en la muestra de prueba en las uniones de filete. Aunque los aparatos de prueba convencionales pueden ser adecuados para aplicar una carga de prueba de tensión a una unión de filete en una muestra de prueba, la rigidez de la placa de apoyo impide la generación de cargas de flexión en la muestra de prueba.
Un inconveniente adicional asociado con los aparatos de prueba convencionales es que la carga excéntrica o asimétrica puede producirse en una muestra de prueba. Tal carga asimétrica puede deberse a tolerancias de fabricación de la muestra de prueba, a una desalineación de la muestra de prueba con la máquina de prueba o a otros factores. La ocurrencia de carga asimétrica puede minimizar la repetitividad de las condiciones de prueba en una pluralidad de muestras de prueba y puede comprometer la precisión de los resultados de las pruebas.
Tal como puede observarse, en la técnica existe la necesidad de un aparato y método de prueba que puedan duplicar sustancialmente las condiciones de carga en una unión de filete durante la aplicación de una tensión a la unión de filete. En este sentido, en la técnica existe la necesidad de un aparato y método de ensayo capaces de inducir de manera precisa una flexión simétrica en una unión de filete durante la aplicación de una carga de prueba de tensión. Idealmente, el aparato de prueba puede evitar la necesidad de medir la deformación en una muestra de prueba y luego correlacionar la deformación con la tensión para determinar la capacidad de resistencia de la unión de filete.
El documento DE 88 11 632 U1 y el documento EP 0359140 correspondiente enseñan que, para determinar la resistencia a la adhesión de diferentes materiales, puede usarse un dispositivo independientemente de las conexiones eléctricas de la red. Para este fin, un grabador de tracción del equipo se conecta a través de un tornillo sin fin a un dispositivo de accionamiento que es independiente de la electricidad de la red. El dispositivo de accionamiento puede consistir en un mango de manivela o un servomotor eléctrico alimentado por un acumulador.
El documento JP 2000094177 proporciona, “una plantilla de prueba de fatiga de soldadura que uniformiza las distribuciones de tensión izquierda y derecha en una pieza de prueba de una junta soldada en la que el paralelismo izquierdo y derecho no aparece debido a que tiene una deformación de soldadura o ángulo de fijación opcional. Cuando una junta en T soldada, en la que se genera una diferencia en el paralelismo izquierdo y derecho de una deformación angular debida a una deformación de soldadura se arroja por una plantilla de prueba de fatiga, la diferencia entre paralelismo izquierdo y derecho se disuelve preparando y estableciendo plantillas de pasador cuyo diámetro difiera en un tamaño equivalente a la diferencia entre el paralelismo izquierdo y derecho, una distribución de tensión en una parte de base de soldadura se vuelve uniforme y se obtienen datos de prueba de fatiga que tienen una alta fiabilidad.
El documento DE 102005006786 A1 describe una muestra para la investigación de la capacidad de carga de una junta entre dos parejas de material plano. Una pareja está unida con su superficie de extremo a la otra pareja de modo que se extiende de manera perpendicular desde la superficie. La muestra resulta entonces adecuada para su uso en dispositivos de prueba de tracción o flexión.
Sumario
Las necesidades anteriormente mencionadas asociadas con las pruebas estructurales de uniones de filete se abordan y mitigan específicamente por la presente divulgación, que proporciona un aparato de prueba para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete que conecta un componente de refuerzo a un componente de revestimiento de una muestra de prueba según la reivindicación 1.
También se da a conocer un método para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete que conecta un componente de refuerzo a un componente de revestimiento de una muestra de prueba según la reivindicación 9.
Las características, funciones y ventajas que se han comentado pueden lograrse de manera independiente en diversas realizaciones de la presente divulgación o pueden combinarse en todavía otras realizaciones, cuyos detalles adicionales pueden observarse con referencia a la siguiente descripción y dibujos a continuación.
Breve descripción de los dibujos
Estas y otras características de la presente divulgación resultarán más evidentes a partir de la referencia a los dibujos en los que los números similares se refieren a partes similares en la totalidad del documento y en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto estructural que tiene un panel de revestimiento en una pluralidad de refuerzos unidos al mismo;
la figura 2 es una vista en perspectiva de una unión de filete que une uno de los refuerzos al panel de revestimiento;
la figura 3 es una vista lateral del conjunto estructural de la figura 1 que ilustra los refuerzos separados unos con respecto a otros en un paso de refuerzo;
la figura 4 es una vista lateral del conjunto estructural en una condición cargada en la que se aplica una carga de tracción de tensión al panel de revestimiento;
la figura 5 es una vista lateral de la unión de filete entre uno de los refuerzos y el panel de revestimiento;
la figura 6 es una vista en perspectiva de una muestra de prueba que tiene un componente de refuerzo unido a un componente de revestimiento usando una unión de filete en la que la muestra de prueba puede representar la unión de filete entre un refuerzo de panel y el panel de revestimiento del conjunto estructural;
la figura 7 es una vista lateral de la muestra de prueba de la figura 6 en la que se invierte la muestra de prueba y que ilustra los lados opuestos de la unión de filete que tienen cada uno caras de filete que tienen una configuración cóncava;
la figura 8 es una vista lateral de una unión de filete que tiene caras de filete que tienen una configuración lisa o plana
y se orientan en un ángulo no perpendicular con respecto al componente de revestimiento;
la figura 9 es una vista lateral de una unión de filete que tiene caras de filete que tienen una configuración plana y se orientan en un ángulo perpendicular con respecto al componente de revestimiento;
la figura 10 es una vista lateral de una máquina de prueba universal que tiene una realización de un aparato de prueba montado en la máquina de prueba universal;
la figura 11 es una vista lateral del aparato de prueba que tiene una muestra de prueba de unión de filete montada en el mismo;
la figura 12 es una vista en perspectiva de un aparato de prueba;
la figura 13 es una vista en sección del aparato de prueba, que incluye un accesorio superior y un accesorio inferior para colocar de manera fija la muestra de prueba dentro del mismo;
la figura 14 es una vista ampliada de los accesorios superior e inferior en la ilustración de una junta de cardán acoplada al accesorio superior;
la figura 15 es una vista lateral de la unión de filete entre el componente de refuerzo y el componente de revestimiento; la figura 16 es una vista lateral del aparato de prueba y que ilustra placas laterales montadas en lados opuestos del accesorio superior;
la figura 17 es una vista de extremo inferior del aparato de prueba;
la figura 18 es un diagrama de flujo que ilustra una o más operaciones que pueden incluirse en un método para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete;
la figura 19 es una vista lateral de una muestra de prueba que tiene un componente de revestimiento orientado hacia un desvío angular en relación con una orientación nominal del componente de revestimiento;
la figura 20 es una vista lateral de una muestra de prueba montada dentro de un aparato de prueba que tiene una junta de cardán para aislar la muestra de prueba frente a flexión asimétrica y cizalladura asimétrica;
la figura 21 es una vista lateral de la muestra de prueba sometida a una carga de prueba de tensión y que ilustra la reorientación del accesorio superior de manera que los pasadores de carga aplican una fuerza de tensión sustancialmente equivalente a cada lado de la unión de filete;
la figura 22 es un diagrama de carga de la muestra de prueba y que ilustra la flexión simétrica y la cizalladura simétrica en la muestra de prueba como resultado de la reorientación del accesorio superior a través de la junta de cardán; la figura 23 es una vista lateral de la muestra de prueba de la figura 19 montada dentro de un aparato de prueba que carece de una junta de cardán;
la figura 24 es una vista lateral de la muestra de prueba sometida a una carga de prueba de tensión y que ilustra el aumento de flexión en un lado de la unión de filete con respecto a la flexión en un lado opuesto de la unión de filete debido al desvío angular del componente de revestimiento en relación con una orientación nominal del componente de revestimiento; y
la figura 25 es un diagrama de carga de la muestra de prueba de la figura 24 y que ilustra la flexión asimétrica y la cizalladura asimétrica en la muestra de prueba.
Descripción detallada
Ahora, haciendo referencia a los dibujos en los que lo que se muestra es para ilustrar diversas realizaciones de la presente divulgación, en la figura 1 se muestra una ilustración en perspectiva de un conjunto estructural 100 que tiene una pluralidad de refuerzos de panel 108 unidos de manera adhesiva a un panel de revestimiento 102 con uniones de filete 128. En la figura 1, el panel de revestimiento 102 incluye una superficie interior 104 y una superficie exterior 106. Los refuerzos de panel 108 pueden unirse a las superficies interior y/o exterior 104, 106 del panel de revestimiento 102. Las uniones de filete 128 pueden extenderse a lo largo de una longitud de los refuerzos de panel 108 y pueden definir una junta de refuerzo-revestimiento 126 para unir estructuralmente los refuerzos de panel 108 al panel de revestimiento 102. Aunque se muestran como generalmente rectos, los refuerzos de panel 108 pueden ser curvos. El conjunto estructural 100 puede implementarse en cualquiera de una variedad de aplicaciones diferentes. Por ejemplo, el conjunto estructural 100 puede implementarse en una aeronave. Sin embargo, el conjunto estructural 100 puede implementarse en cualquier aplicación vehicular o no vehicular, sin limitación.
La presente divulgación proporciona un aparato de prueba 600 (figura 11) y una muestra de prueba 300 (figura 6) que pueden implementarse ventajosamente para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete 128 en una junta de refuerzo-revestimiento 126 de un conjunto estructural 100. La muestra de prueba 300 puede configurarse
para duplicar sustancialmente la estructura y/o geometría de la unión de filete 128 en un conjunto estructural 100 entre un refuerzo de panel 108 y un panel de revestimiento 102. El aparato de prueba 600 proporciona, ventajosamente, medios para aplicar una carga de prueba de tensión 500 (figura 13) a una muestra de prueba 300 al tiempo que aísla una unión de filete 328 (figura 6) frente a momentos de flexión asimétrica 510' (figura 25) y/o fuerzas de cizalladura asimétricas 512' (figura 25) tal como se describe en mayor detalle a continuación. Además, el aparato de prueba 600 también proporciona, ventajosamente, medios para caracterizar de manera precisa la fuerza de unión de tensión de una unión de filete 328 con un alto grado de repetitividad y con una dispersión y disparidad mínimas en los datos de prueba para una pluralidad de muestras de prueba sustancialmente similares. La fuerza de unión de la unión de filete 328 puede caracterizarse ventajosamente en cuanto a unidad de fuerza por unidad de longitud, tales como libras por pulgada, lo que puede facilitar la determinación de los márgenes de seguridad de las uniones de filete 328 para la calificación de junta y/o la certificación de aeronave.
Haciendo referencia a la figura 2, se muestra una vista en perspectiva de una parte de una unión de filete 128 que une adhesivamente uno de los refuerzos de panel 108 al panel de revestimiento 102 del conjunto estructural 100. El refuerzo de panel 108 se muestra presentando un par de patas 118 que se extienden hacia afuera desde una parte de base 112 y formando una configuración con forma de V. La parte de base 112 se muestra presentando una forma en sección transversal generalmente curva 114. Cada una de las patas 118 del refuerzo de panel 108 puede tener una superficie interior 120 y una superficie exterior 122. El ápice 116 de la superficie exterior 106 de la parte de base 112 puede disponerse en una relación sustancialmente en contacto con la superficie interior 104 del panel de revestimiento 102 en la unión de filete 128. Las uniones de filete 128 pueden incluir una cara de filete 130 en cada uno de los lados opuestos de la unión de filete 128. Cada una de las caras de filetes 130 puede tener un borde de filete 132 en una superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 134 y un borde de filete 132 en una superficie de contacto de adhesivo-refuerzo 136.
Haciendo referencia a la figura 3, se muestra una vista lateral del conjunto estructural 100 de la figura 1 que ilustra la pluralidad de refuerzos de panel 108 unidos adhesivamente a la superficie interior 104 del panel de revestimiento 102. Los refuerzos de panel 108 pueden colocarse en una relación separada uno con respecto a otro. Por ejemplo, los refuerzos de panel 108 pueden estar separados uno con respecto a otro una distancia uniforme entre los ejes de refuerzo 123 definiendo un paso de refuerzo 124. Sin embargo, los refuerzos de panel 108 pueden proporcionarse en separaciones no uniformes o en una combinación de separaciones uniformes y no uniformes. En la realización mostrada, los refuerzos de panel 108 pueden estar formados por un material reforzado con fibra tal como material polimérico reforzado con fibra de carbono. El panel de revestimiento 102 puede estar formado por un material metálico. Sin embargo, los refuerzos de panel 108 y el panel de revestimiento 102 pueden estar formados por material polimérico reforzado con fibra de carbono, material cerámico, material metálico, o cualquier combinación de los mismos.
Haciendo referencia de la figura 4, se muestra una vista lateral del conjunto estructural 100 con una pluralidad de refuerzos de panel 108 unidos al panel de revestimiento 102 y separados uno con respecto a otro en un paso de refuerzo 124 (figura 3). Al panel de revestimiento 102 se aplica una carga de tracción de tensión distribuida de manera sustancialmente uniforme 200, que se hace reaccionar mediante una fuerza de reacción 202 en cada uno de los refuerzos de panel 108. El aparato de prueba 600 (figura 11) puede configurarse para duplicar, en la muestra de prueba, las condiciones de carga que se producen en la unión de filete 128 de una junta de refuerzo-revestimiento 126 (figura 3) entre el panel de revestimiento 102 y un refuerzo de panel 108 durante la aplicación de una carga de tracción de tensión distribuida de manera sustancialmente uniforme 200. En este sentido, el aparato de prueba 600 proporciona ventajosamente medios para duplicar sustancialmente las cargas internas inducidas en el conjunto estructural 100 en la unión de filete 128 incluyendo el momento de flexión 204 (figura 5), la fuerza de cizalladura en el plano y/o fuera de plano 206 (figura 5), y la carga de tensión en una ubicación dada en la unión de filete 128 en respuesta a una carga distribuida aplicada al panel de revestimiento 102 reforzado con refuerzos de panel 108.
Ventajosamente, el aparato de prueba 600 (figura 11) proporciona medios para duplicar sustancialmente las tensiones que se producen en la unión de filete 128, incluyendo las cargas de adherencia en los bordes de filete 132 (figura 2), la tensión de cizalladura y la carga de tensión (por ejemplo, modo I) en la superficie de contacto de adhesivorevestimiento 134 (figura 2) debido a las cargas de flexión en el componente de revestimiento, la tensión dentro del adhesivo y otras tensiones. La muestra de prueba 300 (figura 6) puede configurarse de manera que la unión de filete 328 (figura 6) es sustancialmente similar a la unión de filete 128 en el conjunto estructural 100 representado por la muestra de prueba 300. En este sentido, el material adhesivo 138 (figura 2) de la unión de filete 328 de la muestra de prueba 300 puede tener propiedades mecánicas de capacidad (por ejemplo, resistencia, módulo de elasticidad) que son similares a las propiedades mecánicas de capacidad del material adhesivo 138 en la unión de filete 128 del conjunto estructural 100. Además, el componente de revestimiento 302 (figura 6) y el componente de refuerzo 308 (figura 6) de la muestra de prueba 300 pueden tener el mismo tipo y calidad de tratamiento de superficie en la zona de la unión de filete 328 que en las uniones de filete 128 del conjunto estructural 100.
Haciendo referencia a la figura 5, se muestra una vista lateral de la unión de filete 128 entre el panel de revestimiento 102 y la parte de base 112 de uno de los refuerzos del panel 108. La unión de filete 128 incluye las caras de filete 130 en lados opuestos de la unión de filete 128. Aunque las caras de filete 130 se muestran con una forma o configuración generalmente cóncava, las caras de filete 130 pueden proporcionarse en cualquier configuración incluyendo una configuración plana, una configuración convexa o en cualquier otra forma o configuración. El ápice 116 de la parte de base 112 puede disponerse en una relación sustancialmente en contacto con el panel de revestimiento 102.
Alternativamente, el ápice 116 puede colocarse en una relación ligeramente separada con el panel de revestimiento 102 y una película de adhesivo puede extenderse entre el ápice 116 y el panel de revestimiento 102. La unión de filete 128 puede incluir una cara de filete 130 y un borde de filete 132 en cada lado de la unión de filete 128 en una superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 134.
La figura 5 ilustra adicionalmente las cargas internas inducidas en el conjunto estructural 100 durante la aplicación de una carga de tracción de tensión distribuida 200 aplicada al panel de revestimiento 102 y que se hace reaccionar por una fuerza de reacción 202 en el refuerzo de panel 108. Las cargas internas pueden incluir un momento de flexión 204 y una fuerza de cizalladura fuera de plano 206 en cada lado de la unión de filete 128 en cada uno de los bordes de filete 132. Debido a su distancia con respecto al eje de refuerzo 123, los bordes de filete 132 en cada lado de la unión de filete 128 pueden comprender ubicaciones en las que las cargas inducidas dentro de la unión de filete 128 o en la superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 134 son relativamente altas.
Ventajosamente, el aparato de prueba 600 (figura 11) dado a conocer en el presente documento proporciona medios para duplicar sustancialmente la magnitud del momento de flexión 204 (figura 5) y la magnitud de la fuerza de cizalladura 206 (figura 5) inducida en la unión de filete 128 (figura 5) en respuesta a la aplicación de una carga de tracción de tensión distribuida 200 (figura 5) a un panel de revestimiento 102. A este respecto, el aparato de prueba 600 proporciona medios para duplicar sustancialmente una relación de momento-cizalladura en una ubicación dada a lo largo de la unión de filete 128 de un panel de revestimiento 102 reforzado con refuerzos de panel 108. Por ejemplo, el aparato de prueba 600 proporciona medios para duplicar sustancialmente la relación momento-cizalladura en los bordes de filete 132 en lados opuestos de la unión de filete 128 de un conjunto estructural 100 en la superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 134 en donde las cargas inducidas pueden ser relativamente altas y que pueden corresponder a tensiones relativamente altas dentro del material adhesivo 138, en la superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 134, y/o dentro del material del panel de revestimiento 102 o el material del refuerzo de panel 108.
Haciendo referencia a la figura 6, se muestra una vista en perspectiva de una muestra de prueba 300 que puede configurarse para representar una unión de filete 128 (figura 5) entre un refuerzo de panel 108 (figura 5) y un panel de revestimiento 102 (figura 5) de un conjunto estructural 100 (figura 5). La muestra de prueba 300 puede incluir el componente de refuerzo 308 y el componente de revestimiento 302 unidos en una junta de refuerzo-revestimiento 326 con una unión de filete 328 que se extiende a lo largo de una longitud de unión de filete 324 que puede ser sustancialmente equivalente a la anchura de la muestra de prueba 300. El componente de revestimiento 302 puede tener superficies interior y exterior 304, 306. El componente del refuerzo 308 puede incluir superficies interior y exterior 320, 322 y una parte de base 312 que interconecta un par de patas 318 que se extienden hacia el exterior desde la parte de base 312. Las patas 318 pueden ser simétricas alrededor de un eje de refuerzo 323. La unión de filete 328 puede incluir una cara de filete 330 en cada uno de los lados opuestos de la unión de filete 328. Cada una de las caras de filete 330 puede tener un borde de filete 332 en una superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 334 y un borde de filete 332 en una superficie de contacto de adhesivo-refuerzo 336. Las caras de filete 330 se muestran presentando una configuración cóncava 340.
El componente de refuerzo 308 puede tener una geometría que puede ser sustancialmente similar a la geometría del refuerzo de panel 108 (figura 5) al menos en la zona de la unión de filete 128 (figura 5) del conjunto estructural 100 (figura 5). Del mismo modo, el componente de revestimiento 302 puede tener una geometría que es sustancialmente similar a la geometría del panel de revestimiento 102 (figura 5) al menos en la zona de la unión de filete 128 del conjunto estructural 100. Por ejemplo, el componente de revestimiento 302 puede tener una configuración generalmente plana para duplicar sustancialmente la geometría plana del panel de revestimiento 102 del conjunto estructural 100. En una realización, el componente de refuerzo 308 y el componente de revestimiento 302 de la muestra de prueba 300 pueden estar formados por materiales que son sustancialmente similares a los materiales a partir de los que están formados el refuerzo de panel 108 y el panel de revestimiento 102 para mejorar la exactitud de los resultados de las pruebas de tensión.
La figura 7 es una vista lateral de la muestra de prueba 300 orientada de manera que las patas 318 del componente de refuerzo 308 se extienden generalmente hacia abajo desde la unión de filete 328 en una configuración con forma de V. La muestra de prueba 300 puede ser generalmente simétrica alrededor de un eje de refuerzo 323, aunque la muestra de prueba 300 puede ser asimétrica. En la realización mostrada, el eje de refuerzo 323 puede cortar un ángulo formado entre las patas 318 del componente de refuerzo 308. Sin embargo, las patas 318 del componente de refuerzo 308 pueden estar formadas en cualquier configuración que duplique sustancialmente la geometría de las patas 118 (figura 5) de un refuerzo de panel 108 (figura 5), al menos en la zona de una unión de filete 128 (figura 5) de un conjunto estructural 100 (figura 5). Del mismo modo, el componente de revestimiento 302 puede formarse en cualquier configuración que duplique sustancialmente la geometría del panel de revestimiento 102 (figura 5) de un conjunto estructural 100, al menos en la zona de una unión de filete 128 del conjunto estructural 100.
La figura 8 muestra una muestra de prueba 300 con una unión de filete 328 que tiene caras de filete 330 con una configuración generalmente plana 342 orientada en un ángulo no perpendicular con respecto a la superficie interior 304 del componente de revestimiento 302. La figura 9 muestra una muestra de prueba 300 con una unión de filete 328 que tiene caras de filete 330 con una configuración plana 342 y orientada en un ángulo generalmente perpendicular con respecto al componente de revestimiento 302. Tal como puede apreciarse, la unión de filete 328 de
una muestra de prueba 300 puede configurarse de manera que las caras de filete 330 están dotadas de cualquiera de una variedad de configuraciones diferentes que puedan duplicar sustancialmente la unión de filete 128 (figura 5) entre un refuerzo de panel 108 (figura 5) y un panel de revestimiento 102 (figura 5) de un conjunto estructural 100 (figura 5). En la muestra de prueba 300 dada a conocer en el presente documento, el grosor de la unión de filete 328 puede variar de un lado de la unión de filete 328 a un lado opuesto de la unión de filete 328 tal como se muestra en la figura 8. Ventajosamente, el aparato de prueba 600 (figura 10) proporciona medios para caracterizar de manera precisa la resistencia a la tensión de uniones de filete con grosor variable 328.
La figura 10 es una vista lateral de una máquina de prueba universal 400 que tiene un aparato de prueba 600 montado dentro de la misma. En la realización mostrada, una muestra de prueba 300 (figura 6) puede montarse dentro del aparato de prueba 600 para probar la resistencia a la tensión estática de una unión de filete 328 (figura 6) de la muestra de prueba 300. El aparato de prueba 600 puede soportar la muestra de prueba 300 durante la aplicación de una carga de prueba de tensión 500 a la muestra de prueba 300 para caracterizar la capacidad de soporte de carga de tensión de la unión de filete 328. Sin embargo, el aparato de prueba 600 no se limita a las pruebas de tensión estática y puede implementarse para realizar pruebas de fatiga y/o de durabilidad de la unión de filete 328.
En la figura 10, la máquina de prueba universal 400 puede incluir una base relativamente rígida 402 que puede montarse en una superficie tal como un banco o sobre el suelo de un laboratorio de prueba. La máquina de prueba universal 400 puede incluir una pluralidad de postes o columnas 404 que pueden extenderse hacia arriba desde la base 402. Un cabezal 406 puede extenderse a través de las columnas 404. El cabezal 406 puede moverse verticalmente para aplicar una carga de prueba de tensión 500 sobre la muestra de prueba 300. La máquina de prueba universal 400 puede incluir un mecanismo de acoplamiento tal como un agarre hidráulico 412 para el agarre de la varilla de cardán 606 y un agarre hidráulico 412 para el agarre del árbol 648 del aparato de prueba 600. Los agarres hidráulicos 412 pueden acoplarse y desacoplarse rápidamente del árbol 648 y de la varilla de cardán 606 para permitir un cambio relativamente rápido de las muestras de prueba 300.
La máquina de prueba universal 400 puede incluir un accionador 414 para mover el cabezal 406 hacia arriba y hacia abajo para aplicar una carga de prueba de tensión 500 a la muestra de prueba 300 montada dentro del aparato de prueba 600. El accionador 414 puede alimentarse hidráulicamente, alimentarse eléctricamente, alimentarse mecánicamente o una combinación de las mismas, o bien el accionador 414 puede alimentarse por otros medios adecuados. La máquina de prueba universal 400 puede incluir un dispositivo de medición de carga axial 408, tal como una célula de carga. En la realización mostrada, el dispositivo de medición de carga 408 puede acoplarse a un extremo de varilla superior 608 de una varilla de cardán 606 que se extiende hacia arriba desde una junta de cardán 604 incluida con el accesorio superior 602 del aparato de prueba 600 tal como se describe a continuación. La célula de carga puede configurarse para medir una magnitud de la carga de prueba de tensión 500 que puede aplicarse a la muestra de prueba 300 a lo largo de un eje de carga 410.
La figura 11 es una vista lateral del aparato de prueba 600. El aparato de prueba 600 puede incluir un accesorio inferior 634 y un accesorio superior 602. El accesorio inferior 634 puede configurarse para colocar de manera fija o sujetar el componente de refuerzo 308 (figura 6) en posición para evitar el movimiento lateral y/o vertical del mismo. El accesorio inferior 634 puede incluir un bloque de sujeción exterior y un bloque de sujeción interior 644. El bloque de sujeción exterior puede incluir un recorte conformado 642 para recibir el bloque de sujeción interior 644. El recorte conformado 642 del bloque de sujeción exterior y el bloque de sujeción interior 644 pueden configurarse de manera complementaria a la geometría de las patas 318 de la muestra de prueba 300.
El accesorio superior 602 puede configurarse para acoplar el componente de revestimiento 302 (no mostrado) en un par de ubicaciones de acoplamiento discretas 626 (figura 13) en lados opuestos de la unión de filete 328 (figura 6) de la muestra de prueba 300 (figura 6). Por ejemplo, el accesorio superior 602 puede incluir un par de dispositivos de acoplamiento 622, tales como pasadores de carga 624 que pueden colocarse en las ubicaciones de acoplamiento 626 para aplicar una fuerza de tensión 504 (figura 14) al componente de revestimiento 302 (figura 6) durante la aplicación de una carga de prueba de tensión 500 a través de la varilla de cardán 606. Las ubicaciones de acoplamiento 626 pueden estar separadas en una separación de ubicación de acoplamiento 628 que puede seleccionarse para proporcionar una relación momento-cizalladura deseada en una ubicación dada en la unión de filete 328, tal como en los bordes de filete 332 de la superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 334.
La figura 12 es una vista en perspectiva del aparato de prueba 600 que ilustra un par de placas laterales 630 que pueden montarse en lados opuestos de una placa de cardán 614 del accesorio superior 602. Las placas laterales 630 pueden acoplar los dispositivos de acoplamiento 622 (por ejemplo, los pasadores de carga 624) a la junta de cardán 604. Cada una de las placas laterales 630 incluye orificios de pasador 632 para recibir los pasadores de carga 624. Los dispositivos de acoplamiento 622, tales como los pasadores de carga 624, pueden extenderse por debajo del componente de revestimiento 302 (figura 13). Los pasadores de placa 620 pueden acoplar las placas laterales 630 a la placa de cardán 614. Cuando el accionador 414 (figura 10) de la máquina de prueba universal 400 (figura 10) aplica una carga de prueba de tensión 500 (figura 10), los pasadores de carga 624 pueden ponerse en contacto con la superficie interior 304 (figura 6) del componente de revestimiento 302 (figura 6) en las ubicaciones de acoplamiento 626 (figura 13).
En la figura 13, los pasadores de carga 624 pueden ubicarse en las ubicaciones de acoplamiento 626 que pueden
colocarse a distancias sustancialmente equivalentes con respecto a la unión de filete 328 en lados opuestos de la misma de manera que puede aplicarse una fuerza de tensión sustancialmente equivalente 504 al componente de revestimiento 302 en cada lado de la unión de filete 328. La separación de ubicación de acoplamiento 628 (figura 11) puede definirse como la distancia entre las ubicaciones en las que los pasadores de carga 624 aplican la fuerza de tensión 504. Los pasadores de carga 624 pueden aplicar la fuerza de tensión 504 al componente de revestimiento 302 como carga puntual o como carga lineal en cada lado de la unión de filete 328.
En una realización, la separación de ubicación de acoplamiento 628 puede ser inferior al paso de refuerzo 124 (figura 3) de un par de refuerzos de panel 108 dispuestos de manera adyacente (figura 3) de un conjunto estructural 100 (figura 3) representado por la muestra de prueba 300. La separación de acoplamiento 628 puede ser de manera que el componente de revestimiento 302 puede cargarse en flexión y cizalladura a una magnitud que es sustancialmente equivalente a la flexión y cizalladura en el panel de revestimiento 102 (figura 3) en una unión de filete 128 (figura 3) del conjunto estructural 100. El aparato de prueba 600 puede configurarse de manera que la placa lateral que tiene orificios de pasador 632 que están separados en una separación de ubicación de acoplamiento 628 pueden extraerse y sustituirse por una placa lateral que tiene orificios de pasador 632 separados en una separación de ubicación de acoplamiento diferente 628. Mediante la instalación de placas laterales 630 con una separación de ubicación de acoplamiento deseada 628 entre los orificios de pasador 632, puede inducirse una relación de momento-cizalladura deseada en la muestra de prueba 300 en una ubicación dada (por ejemplo, en los bordes de filete 332) de la unión de filete 328 durante las pruebas de tensión.
La figura 13 es una vista en sección transversal del aparato de prueba 600 que ilustra la interconectividad de los accesorios superior e inferior 634 y la muestra de prueba 300. El accesorio inferior 634 puede configurarse para sujetar el componente de refuerzo 308 (figura 6) en una posición fija tal como se indicó anteriormente. El componente de refuerzo 308 puede incluir la parte de base 312 (figura 6) y al menos dos patas 318 que se extienden hacia el exterior desde la parte de base 312. En la realización mostrada, la parte de base 312 puede tener una forma en sección transversal generalmente curva 314 (figura 6). La parte de base 312 puede tener un ápice 316 (figura 6) que puede disponerse en una relación sustancialmente en contacto con la superficie interior 304 (figura 6) del componente de revestimiento 302 (figura 6).
Las patas 318 pueden formar una forma de V con la parte de base 312 (figura 6). Los bloques de sujeción interior y exterior 644, 638 pueden configurarse de manera complementaria a la forma de V de las patas 318. Sin embargo, los bloques de sujeción interior y exterior 644, 638 pueden configurarse de manera complementaria a cualquiera de una variedad de configuraciones diferentes de componentes de refuerzo 308 (figura 6) y no se limitan a una forma que sea complementaria a las patas en forma de V 318. Independientemente de la forma o configuración del componente de refuerzo 308, el accesorio inferior 634 puede configurarse para sujetar de manera fija las patas 318 en una posición fija de tal manera que se impide el movimiento vertical y lateral de las patas 318.
En una realización, el accesorio inferior 634 puede incluir un mecanismo de ajuste 650 para ajustar la posición vertical del bloque de sujeción interior 644 con respecto al recorte conformado 642 que puede formarse en el bloque de sujeción exterior. Por ejemplo, el mecanismo de ajuste 650 puede comprender una parte roscada 652 formada en un árbol 648 que se extiende hacia abajo desde el bloque de sujeción interior 644. El árbol 648 puede tener una punta redondeada 656 conformada de manera complementaria a un orificio redondeado 646 que puede formarse en el bloque de sujeción interior 644. El árbol 648 puede extenderse hacia abajo desde el bloque de sujeción interior 644 y puede terminar en un extremo hexagonal 660 (figura 12).
La parte roscada 652 puede acoplarse de manera roscada en un orificio roscado 658 formado en el bloque de sujeción exterior 638. La rotación de un extremo hexagonal 660 puede facilitar el ajuste de la posición del bloque de sujeción interior 644 a lo largo de una dirección de ajuste axial 654 de manera que los bloques de sujeción interior y exterior 644, 638 pueden moverse hacia un acoplamiento de sujeción con las superficies respectivas de las superficies interior y exterior 320, 322 de las patas 318. De esta manera, la muestra de prueba 300 puede sujetarse de manera ajustada entre el bloque de sujeción interior 644 y el bloque de sujeción exterior 638. Además, el acoplamiento roscado del árbol 648 con el bloque de sujeción exterior 638 puede facilitar la instalación y extracción relativamente rápidas de diferentes muestras de prueba 300 al someter a prueba una gran cantidad de muestras de prueba 300.
Haciendo referencia a la figura 14, el aparato de prueba 600 puede incluir una junta de cardán 604 que puede acoplarse mecánicamente al accesorio superior 602 a través de la placa de cardán 614. La placa de cardán 614 puede incluir orificios de pasador 632 que pueden dimensionarse y configurarse para recibir una cantidad correspondiente de pasadores de placa 620 que acoplan la placa de cardán 614 a las placas laterales 630. Tal como se indicó anteriormente, cada una de las placas laterales 630 puede incluir orificios de pasador 632 para recibir dispositivos de acoplamiento 622, tales como los pasadores de carga 624 ilustrados en la figura 14. Los pasadores de carga 624 y los pasadores de placa 620 pueden conformarse de manera cilíndrica, aunque los pasadores de carga 624 y los pasadores de placa 620 pueden proporcionarse en una realización no cilíndrica. El bloque de sujeción exterior 638 puede incluir rebajes de pasador 640 para proporcionar holgura para los pasadores de carga 624. Los pasadores de carga 624 pueden orientarse sustancialmente en paralelo a una longitud de la unión de filete 328. Los pasadores de carga 624 pueden dimensionarse para proporcionar resistencia contra la flexión de los pasadores de carga 624 durante la aplicación de la fuerza de tensión 504 a la superficie interior 304 (figura 6) del componente de revestimiento 302 (figura 6).
En la figura 14, la junta de cardán 604 puede configurarse para aislar sustancialmente la unión de filete 328 frente a flexión asimétrica 510' (figura 25) y frente a cizalladura asimétrica 512' (figura 25) tal como se describe con mayor detalle a continuación. La junta de cardán 604 puede incluir una varilla de cardán 606. La varilla de cardán 606 puede extenderse hacia arriba a través de una abertura 618 formada en la placa de cardán 614. La varilla de cardán 606 puede tener un extremo de varilla superior 608 y un extremo de varilla inferior 610. El extremo de varilla superior 608 puede acoplarse mecánicamente al dispositivo de medición de carga 408 (figura 10) tal como la célula de carga ilustrada en la figura 10. El extremo de varilla inferior 610 puede tener una superficie esférica convexa 612 que puede acoplarse de manera deslizante a una superficie esférica cóncava 616 formada en la placa de cardán 614, tal como en un lado inferior de la placa de cardán 614. La placa de cardán 614 puede rotar universalmente en relación con el extremo de varilla inferior 610. La aplicación de la carga de prueba de tensión 500 a través del accesorio superior 602 puede dar como resultado una fuerza de reacción 502 en el accesorio inferior 604.
Cabe señalar que la configuración de la junta de cardán 604 ilustrada en la figura 13 no debe interpretarse como una limitación de las configuraciones alternativas para la junta de cardán 604. En este sentido, la junta de cardán 604 puede proporcionarse en cualquier configuración que pueda facilitar la reorientación 662 (figura 21) de la placa de cardán 614 y los dispositivos de acoplamiento 622 de manera que los dispositivos de acoplamiento 622 (por ejemplo, pasadores de carga 624) apliquen una fuerza de tensión sustancialmente equivalente 504 a las ubicaciones de acoplamiento 626 en lados opuestos de la unión de filete 328 de la muestra de prueba 300. La junta de cardán 604 mostrada en la figura 14 puede configurarse para proporcionar un intervalo de movimiento sustancialmente angular en relación con el eje de carga de tensión 410 (figura 10).
Además, el aparato de prueba 600 puede configurarse de manera que la carga de prueba de tensión 500 se aplica a la muestra de prueba 300 a través de la junta de cardán 604 independientemente de la orientación angular de la placa de cardán 614 y los dispositivos de acoplamiento 622. Ventajosamente, la junta de cardán 604 puede configurarse de manera que la muestra de prueba 300 está sustancialmente aislada frente a la introducción de los momentos de flexión asimétrica 510' anteriormente mencionados (figura 25) y frente a las fuerzas de cizalladura asimétricas 512' (figura 25) en la muestra de prueba 300. La junta de cardán 604 puede configurarse para adaptarse a desajustes de la muestra de prueba 300 con la máquina de prueba universal 400 (figura 10). Dicho desajuste puede estar provocado por tolerancias de fabricación en la muestra de prueba 300 o a desajustes asociados con el aparato de prueba 600 y/o la máquina de prueba universal 400. Ventajosamente, la junta de cardán 604 puede mejorar la repetitividad de la aplicación de una carga de prueba de tensión 500 a una pluralidad de muestras de prueba 300. En este sentido, la junta de cardán 604 puede aumentar la precisión de los resultados de las pruebas.
Haciendo referencia a la figura 15, se muestra una vista lateral de la unión de filete 328 entre el componente de refuerzo 308 y el componente de revestimiento 302 e ilustra el momento de flexión 506 y la fuerza de cizalladura fuera de plano 508 que puede inducirse en la unión de filete 328 en respuesta a la aplicación de la fuerza de tensión 504 (figura 14) en lados opuestos de la unión de filete 328 tal como se muestra en la figura 14. La fuerza de tensión 504 aplicada por los pasadores de carga 624 (figura 14) al componente de revestimiento 302 en las ubicaciones de acoplamiento 626 (figura 14) en lados opuestos de la línea de unión da como resultado una fuerza de tracción ejercida sobre la unión de filete 328. Tal como se indicó anteriormente, cada una de las ubicaciones de acoplamiento 626 representa la ubicación de la fuerza de tensión 504 aplicada como una carga puntual o una carga lineal sobre la superficie interior 320 del componente de revestimiento 302. La aplicación de la fuerza de tensión 504 permite que el componente de revestimiento 302 se flexione de una manera similar a la flexión que puede producirse en el panel de revestimiento 102 (figura 5) del conjunto estructural 100 tal como se muestra en la figura 5. La fuerza de tensión 504 aplicada al componente de revestimiento 302 también puede dar como resultado una fuerza de cizalladura fuera de plano 508 inducida en el componente de revestimiento 302 y/o unión de filete 328.
Tal como se indicó anteriormente, las ubicaciones de acoplamiento 626 (figura 14) pueden estar separados en una separación de ubicación de acoplamiento 628 (figura 14) de manera que el momento de flexión 506 y la fuerza de cizalladura 508 tienen una magnitud que es sustancialmente similar a una magnitud del momento de flexión 204 y la fuerza de cizalladura 206 inducidas sobre la unión de filete 128 de un conjunto estructural 100 sometido a una carga de tracción de tensión distribuida 200 tal como se muestra en la figura 4. De esta manera, el aparato de prueba 600 proporciona medios para duplicar sustancialmente una relación de momento-cizalladura deseada en los bordes de filete 132 (figura 4) de la superficie de contacto de adhesivo-revestimiento 134 (figura 4) del conjunto estructural 100. Al proporcionar una relación momento-cizalladura deseada en los bordes de filete 132, las características de resistencia de la unión de filete 328 (figura 14) pueden determinarse de manera precisa.
Haciendo referencia a la figura 16, se muestra una vista lateral del aparato de prueba 600 que ilustra las placas laterales 630 montadas en lados opuestos de la placa de cardán 614. Las placas laterales 630 se extienden hacia abajo a lo largo de los lados del bloque de sujeción exterior. Los pasadores de carga 624 se extienden a través de orificios de pasador 632 formados en las placas laterales 630. Aunque los pasadores de carga 624 se muestran como acoplados a la junta de cardán 604 por medio de las placas laterales 630 y la placa de cardán 614, los pasadores de carga 624 pueden acoplarse mecánicamente a una junta de cardán 604 en cualquiera de una variedad de configuraciones diferentes. Por ejemplo, las placas laterales 630 y la placa de cardán 614 pueden formarse como una estructura unificada. En este sentido, los pasadores de carga 624 pueden acoplarse mecánicamente a la junta de cardán 604 de cualquier manera que facilite la orientación sustancialmente universal de los pasadores de carga 624 con respecto a la varilla de cardán 606.
Haciendo referencia brevemente a la figura 17, se muestra una desde abajo que mira hacia arriba en el accesorio inferior 634. Tal como se indicó anteriormente, el árbol 648 (figura 14) puede tener una punta redondeada 656 (figura 14) conformada de manera complementaria a un orificio redondeado 646 (figura 14) que puede formarse en el bloque de sujeción interior 644 (figura 14). El árbol 648 puede extenderse hacia abajo desde el bloque de sujeción interior 644 (figura 14) y puede terminar en un extremo hexagonal 660. El extremo hexagonal 660 puede facilitar el acoplamiento del árbol con una herramienta tal como una llave de extremo abierto. De esta manera, el extremo hexagonal 660 puede facilitar la rotación del árbol. La rotación del árbol 648 puede facilitar el movimiento axial del árbol 648 en relación con el bloque de sujeción exterior 638. El movimiento axial del árbol 648 con respecto al bloque de sujeción exterior 638 puede mover el bloque de sujeción interior 644 axialmente en relación con el recorte conformado 642 en el bloque de sujeción exterior 638 mostrado en la figura 13 con el fin de permitir la instalación y extracción de una muestra de prueba 300 del aparato de prueba 600. Ventajosamente, el acoplamiento roscado del árbol 648 con el bloque de sujeción exterior 638 facilita el cambio relativamente rápido de las muestras de prueba 300 al realizar una serie de pruebas de tensión.
Haciendo referencia a la figura 18, se muestra un diagrama de flujo que tiene una o más operaciones que pueden incluirse en un método 700 de caracterización de una resistencia a la tensión de una unión de filete 328 (figura 13) que une un componente de refuerzo 308 (figura 15) con un componente de revestimiento 302 (figura 13) de una muestra de prueba 300 (figura 15). La etapa 702 del método puede comprender la instalación de una muestra de prueba 300 en un aparato de prueba 600. Ventajosamente, el aparato de prueba 600 se configura para adaptarse a la prueba de muestras de prueba 300 cuando pueden existir desajustes en la muestra de prueba 300 (figura 13), en el aparato de prueba 600 (figura 13), y/o en la máquina de prueba universal 400 (figura 10). Por ejemplo, la figura 19 ilustra una muestra de prueba 300 que tiene un componente de revestimiento 302 (mostrado en líneas continuas) que está orientado hacia un desvío angular 305 (por ejemplo, una orientación no perpendicular) relativo a una orientación nominal 303 del componente de revestimiento 302 (mostrado en líneas discontinuas).
La etapa 704 del método 700 de la figura 18 puede comprender colocar de manera fija el componente de refuerzo 308 (figura 15) de la muestra de prueba 300 (figura 13) mediante el montaje de las patas 318 del componente de refuerzo 308 dentro del accesorio inferior 634. Por ejemplo, la figura 13 ilustra la longitud del accesorio inferior 634 sujetado entre el bloque de sujeción interior 644 y el recorte conformado 642 en el bloque de sujeción exterior 638. La instalación de una muestra de prueba 300 en el aparato de prueba 600 puede comprender rotar el árbol 648 de manera que el bloque de sujeción interior 644 se baja en relación con el recorte conformado 642. La muestra de prueba 300 puede instalarse de manera que las patas 318 están intercaladas entre el bloque de sujeción interior 644 y el bloque de sujeción exterior 638. El mecanismo de ajuste 650 puede ajustarse para sujetar las patas 318 entre los bloques de sujeción interior y exterior 644, 638. De esta manera, el bloque de sujeción interior 644 puede acoplarse a las superficies interiores 304 (figura 6) de las patas 318 y el bloque de sujeción exterior 638 puede acoplarse a las superficies exteriores 306 (figura 6) de las patas 318 y evitar de este modo el movimiento lateral y vertical de las patas 318.
La etapa 706 del método 700 de la figura 18 puede comprender seleccionar una relación momento-cizalladura para un borde de filete 332 (figura 6) de la unión de filete 328 (figura 6). Tal como se mencionó anteriormente, la relación momento-cizalladura puede seleccionarse para duplicar sustancialmente una relación momento-cizalladura que se produce en un borde de filete 132 de un conjunto estructural 100 bajo una carga de tracción de tensión distribuida de manera sustancialmente uniforme 200 que actúa sobre un panel de revestimiento 102 reforzado por refuerzos de panel 108 tal como se ilustra en la figura 3. La relación momento-cizalladura puede comprender una relación del momento de flexión 506 (figura 15) con respecto a fuerza de cizalladura 508 (figura 15) inducida en el componente de revestimiento 302 (figura 6) en el borde de filete en cada lado de la unión de filete 328.
La etapa 708 del método 700 de la figura 18 puede comprender acoplar el componente de revestimiento 302 en las ubicaciones de acoplamiento 626 en lados opuestos de la unión de filete 328. La figura 20 ilustra el componente de revestimiento 302 en el lado a mano derecha de la muestra de prueba 300 que está acoplado por el pasador de carga 624 y el componente de revestimiento 302 en el lado a mano izquierda de la muestra de prueba 300 en relación separada por encima del pasador de carga 624.
La etapa 710 del método 700 de la figura 18 puede comprender colocar la ubicación de acoplamiento 626 (figura 20) en cada lado de la unión de filete 328 (figura 20) de manera que la carga de prueba de tensión 500 (figura 14) en cada lado de la unión de filete 328 da como resultado que los bordes de filete 332 (figura 6) se vean sometidos a la relación momento-cizalladura cuando la carga de prueba de tensión 500 se aplica a través de la varilla de cardán 606 (figura 20). Tal como se indicó anteriormente, la separación de ubicación de acoplamiento 628 (figura 17) puede ser menor que la inclinación 124 (figura 3) entre los refuerzos del panel 108 (figura 3) de un conjunto estructural 100 (figura 3) que tiene uniones de filete 128 (figura 3) de una configuración que está representada por la muestra de prueba 300 (figura 6). La separación de ubicación de acoplamiento 628 puede seleccionarse para producir un momento de flexión 506 (figura 15) y una fuerza de cizalladura 508 (figura 15) de una magnitud que es sustancialmente equivalente a la magnitud del momento de flexión 204 respectivo (figura 5) y la fuerza de cizalladura 206 (figura 5) en el panel de revestimiento 102 (figura 3) del conjunto estructural 100.
La etapa 712 del método 700 de la figura 18 puede comprender aplicar una carga de prueba de tensión 500 a la unión de filete 328 en las ubicaciones de acoplamiento 626. La figura 21 ilustra una carga de prueba de tensión 500 que se
aplica a lo largo de la varilla de cardán 606. Ventajosamente, para muestras de prueba 300 que pueden estar desalineadas con el accesorio superior 602, la junta de cardán 604 provoca un ajuste de la orientación del accesorio superior 602 que da como resultado el ajuste en la orientación de los pasadores de carga 624 desde la orientación mostrada en la figura 20 hasta la orientación mostrada en la figura 21. Con los pasadores de carga 624 sustancialmente alineados con la superficie interior 304 (figura 20) del componente de revestimiento, puede aplicarse una fuerza de tensión 504 sustancialmente equivalente al componente de revestimiento 302 en lados opuestos de la unión de filete 328.
La etapa 714 del método 700 de la figura 18 puede comprender aislar sustancialmente la unión de filete 328 (figura 22) frente a la flexión asimétrica 510' (figura 25) cuando se aplica la carga de prueba de tensión 500 (figura 21). En este sentido, la reorientación 662 (figura 21) de los pasadores de carga 624 (figura 21) facilita la alineación de los pasadores de carga 624 con la superficie interior 304 (figura 22) del componente de revestimiento 302 (figura 22) de manera que una fuerza de tensión sustancialmente equivalente 504 (figura 22) puede aplicarse en las ubicaciones de acoplamiento 626 (figura 22) en cada lado de la unión de filete 328. La aplicación sustancialmente equivalente de la fuerza de tensión 504 en las ubicaciones de acoplamiento 626 puede dar como resultado un momento de flexión sustancialmente simétrica 510 y una fuerza de cizalladura sustancialmente simétrica 512 (figura 22) en cada lado de la unión de filete 328 en el borde de filete 332 tal como se muestra en el diagrama de carga de la figura 22. En este sentido, mediante la inclusión de la junta de cardán 604 (figura 21) en el aparato de prueba 600 (figura 21), puede evitarse el momento de flexión asimétrica 510' (figura 25) y la fuerza de cizalladura asimétrica 512' (figura 25) en los lados opuestos de la unión de filete 328.
La prevención de la flexión asimétrica 510' (figura 25) y la cizalladura asimétrica 512' (figura 25) puede ilustrarse a modo de ejemplo con referencia a las figuras 23-25 que muestran un aparato prueba de 600' para el que se omite la junta de cardán 604 (figura 21). La figura 23 ilustra la muestra de prueba 300 montada en el aparato de prueba 600'. El pasador de carga 624' en el lado a mano derecha de la unión de filete 328 está en contacto con el componente de revestimiento 302. Sin embargo, el pasador de carga 624' en el lado a mano izquierda de la unión de filete 328 se dispone en relación separada con el componente de revestimiento 302. La figura 24 ilustra la carga de prueba de tensión 500 que se aplica al accesorio superior 602'.
El diagrama de carga de la figura 25 ilustra una fuerza de tensión 504 aplicada al componente de revestimiento 302 en el lado a mano derecha y en el lado a mano izquierda de la unión de filete 328. La aplicación de la carga de prueba de tensión 500 (figura 24) da como resultado que el pasador de carga 624' (figura 24) en el lado a mano derecha de la unión de filete 328 (figura 24) entre en contacto con la superficie interior 304 (figura 24) del componente de revestimiento 302 (figura 24) antes de que el pasador de carga 624' (figura 24) en el lado a mano izquierda de la unión de filete 328 (figura 24) entre en contacto con la superficie interior 304 (figura 24) del componente de revestimiento 302 (figura 24). Debido al desvío angular 305 (figura 19) del componente de revestimiento 302 con respecto al eje de refuerzo 323 (figura 24), la fuerza de tensión 504 aplicada por el pasador de carga 624' en el lado a mano derecha del componente de revestimiento 302 puede ser de mayor magnitud que la fuerza de tensión 504 aplicada por el pasador de carga 624' en el lado a mano izquierda del componente de revestimiento 302 lo que da como resultado una flexión asimétrica 510' y una cizalladura asimétrica 512' en la muestra de prueba 300. Las fuerzas de tensión desiguales 504 dan como resultado un momento de flexión y una fuerza de cizalladura 508 en el lado a mano derecha del componente de revestimiento 302 que es de mayor magnitud que el momento de flexión y la fuerza de cizalladura 508 en el lado a mano izquierda del componente de revestimiento 302. Tal momento de flexión asimétrica 510' y fuerza de cizalladura asimétrica 512' pueden comprometer la precisión de los resultados de la prueba.
Haciendo referencia a la figura 18, la etapa 716 del método 700 puede incluir la determinación de una capacidad de tensión estática o resistencia a la tensión de la unión de filete 328 (figura 13). Ventajosamente, el aparato de prueba 600 (figura 13) permite determinar directamente la capacidad de soporte de carga de la unión de filete 328 y evitar la necesidad de medir y registrar niveles de tensión o deformación en la unión de filete 328 y luego correlacionar los niveles de tensión o deformación con valores de resistencia, tal como puede requerirse en pruebas estructurales convencionales. Ventajosamente, en la presente divulgación, la capacidad de tensión estática de una unión de filete 328 puede determinarse directamente registrando la magnitud de la carga de prueba de tensión 500 (figura 13) en el fallo de la unión de filete 328. La magnitud de la carga de prueba de tensión 500 en el fallo puede dividirse entre la longitud de unión de filete 324 (figura 6) para proporcionar una fuerza de unión de la unión de filete en cuanto a unidad de fuerza por unidad lineal tal como libras por pulgada.
El método puede incluir la generación de resultados de pruebas en forma de valores de fuerza para una configuración de unión de filete 328 dada (figura 6). Los resultados de las pruebas pueden incluir una descripción del modo de fallo de la unión de filete 328. Por ejemplo, el modo de fallo puede comprender un fallo cohesivo del material adhesivo 338 (figura 6) dentro de la unión de filete 328. El modo de fallo también puede comprender un fallo adhesivo en una superficie de contacto entre el adhesivo y el componente de refuerzo 308 (figura 6) y/o en una superficie de contacto entre el adhesivo y el componente de revestimiento. El modo de fallo puede comprender además un fallo de uno de los adherentes (es decir, el componente de revestimiento 302 y el componente del refuerzo) tal como una fractura y/o delaminación del material del componente de revestimiento 302 (figura 6) y/o material del componente del refuerzo 308, u otros modos de fallo o combinaciones de modos de fallo. Los resultados de las pruebas pueden incluir una descripción de las condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura de la muestra de prueba, humedad relativa) asociadas con cada fallo y el margen de seguridad correspondiente de la unión de filete 328 tal como puede usarse
para la calificación de junta y/o certificación de la aeronave.
Las modificaciones y mejoras adicionales de la presente divulgación pueden resultar evidentes para los expertos habituales en la técnica. Por tanto, la combinación particular de partes descritas e ilustradas en el presente documento está destinada a representar solo determinadas realizaciones de la presente divulgación y no está destinada a servir como limitación de realizaciones o dispositivos alternativos dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (13)
1. Aparato de prueba (600) para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete (128) que une un componente de refuerzo (308) con un componente de revestimiento (302) de una muestra de prueba (300), que comprende:
un accesorio inferior (634) configurado para mantener el componente de refuerzo (308) en una posición fija; un accesorio superior (602) configurado para acoplar el componente de revestimiento (302) en un par de ubicaciones de acoplamiento (626) en lados opuestos de la unión de filete (128); y
una junta de cardán (604) acoplada mecánicamente al accesorio superior (602) y configurada para aislar sustancialmente la unión de filete (128) frente a la flexión asimétrica durante la aplicación de una carga de prueba de tensión (500) a la unión de filete (128); y en el que:
el accesorio superior (602) incluye un par de dispositivos de acoplamiento (622) que pueden colocarse en las ubicaciones de acoplamiento (626); y los dispositivos de acoplamiento (622) están acoplados mecánicamente a la junta de cardán (604).
2. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 1, en el que:
los dispositivos de acoplamiento (622) comprenden pasadores de carga cilíndricos (624) que pueden acoplarse a una superficie interior (304) del componente de revestimiento (302) en lados opuestos de la unión de filete (128); y estando orientados los pasadores de carga (624) sustancialmente en paralelo a una longitud de la unión de filete (128).
3. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 1, en el que:
el componente de refuerzo (308) incluye una parte de base (312) y al menos dos patas (318) que se extienden hacia el exterior desde la parte de base (312); y estando el accesorio inferior (634) configurado para sujetar de manera fija las patas (318) en la posición fija, evitando el movimiento vertical y lateral de las patas (318).
4. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 1, en el que:
el accesorio inferior (634) incluye un bloque de sujeción exterior (638) y un bloque de sujeción interior (644) configurados para sujetar un par de patas (318) entre los mismos.
5. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 4, en el que:
el accesorio inferior (634) incluye un mecanismo de ajuste (650) para ajustar una posición del bloque de sujeción interior (644) con respecto al bloque de sujeción exterior (638) de manera que los bloques de sujeción interior y exterior (644, 638) pueden moverse en el acoplamiento de sujeción con superficies respectivas de las superficies interior y exterior (320, 322) de las patas (318).
6. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 1, en el que:
la unión de filete (128) de la muestra de prueba (300) está configurada de manera sustancialmente similar a una unión de filete (128) de un conjunto estructural (100) que tiene una pluralidad de refuerzos de panel (108) unidos adhesivamente a un panel de revestimiento sometido a una carga de tracción de tensión distribuida de manera sustancialmente uniforme (200) que actúa sobre el panel de revestimiento, teniendo la unión de filete (128) del conjunto estructural (100) bordes de filete en lados opuestos de la unión de filete (128);
la unión de filete (128) tiene un borde de filete (132) en lados opuestos de la unión de filete (128); y colocándose cada una de las ubicaciones de acoplamiento (626) de manera sustancialmente equidistante a una distancia con respecto a la unión de filete (128) de manera que los bordes de filete (132) se someten a una relación momento-cizalladura que es sustancialmente equivalente a la relación momento-cizalladura en los bordes de filete (332) del conjunto estructural (100) sometido a una carga de tracción de tensión distribuida de manera uniforme (200).
7. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 6, en el que:
al menos un par de los refuerzos de panel (108) dispuestos adyacentes del conjunto estructural (100) están separados uno con respecto a otro en un paso de refuerzo (124); y
estando las ubicaciones de acoplamiento (626) de la muestra de prueba (300) separadas una con respecto a otra en una separación de ubicación de acoplamiento (626) que es menor que el paso de refuerzo (124).
8. Aparato de prueba (600) según la reivindicación 1, en el que:
el componente de revestimiento (302) tiene una configuración generalmente plana.
9. Método para caracterizar una resistencia a la tensión de una unión de filete (128) que une un componente de
refuerzo (308) con un componente de revestimiento (302) de una muestra de prueba (300), que comprende las etapas de:
colocar la muestra de prueba (300) en un aparato de prueba (600);
colocar de manera fija un componente de refuerzo (308) de la muestra de prueba (300);
acoplar el componente de revestimiento (302) en un par de ubicaciones de acoplamiento (626) en lados opuestos de la unión de filete (128); aplicar una carga de prueba de tensión (500) a la unión de filete (128) en las ubicaciones de acoplamiento (626); y
aislar sustancialmente la unión de filete (128) frente a flexión asimétrica cuando se aplica la carga de prueba de tensión (500); y
en el que la etapa de acoplar el componente de revestimiento (302) comprende:
acoplar el componente de revestimiento (302) con dos pasadores de carga sustancialmente paralelos (624) en contacto con una superficie interior (304) del componente de revestimiento (302) en lados opuestos de la unión de filete (128) en una orientación sustancialmente paralela a una longitud de la unión de filete (128); y
acoplar mecánicamente los pasadores de carga (624) a una junta de cardán (604).
10. Método según la reivindicación 9, que comprende, además, la etapa de:
determinar una capacidad de soporte de carga de prueba de tensión estática de la unión de filete (128) dividiendo una longitud de unión entre una magnitud de la carga de prueba de tensión (500) registrada en el fallo de la unión de filete (128).
11. Método según la reivindicación 9, en el que cada uno de los lados de la unión de filete (128) incluye un borde de filete (132) en una superficie de contacto de adhesivo-revestimiento (134), la etapa de acoplar el componente de revestimiento (302) comprende las etapas de:
seleccionar una relación momento-cizalladura para el borde de filete que comprende una relación entre un momento de flexión y una fuerza de cizalladura en el borde de filete (132), siendo la relación momento-cizalladura sustancialmente equivalente a una relación momento-cizalladura en un borde de filete (332) de un conjunto estructural (100) bajo una carga de tracción de tensión distribuida de manera sustancialmente uniforme (200) que actúa sobre un panel de revestimiento (102) reforzado por refuerzos de panel (108); y
colocar la ubicación de acoplamiento (626) en cada lado de la unión de filete (128) de manera que la carga de prueba de tensión (500) en cada lado de la unión de filete (128) provoca que el borde de filete (132) se vea sometido a la relación momento-cizalladura cuando se aplica la carga de prueba de tensión (500).
12. Método según la reivindicación 11, en el que cada lado de la unión de filete (128) incluye un borde de filete (132) en una superficie de contacto de adhesivo-revestimiento (134), la etapa de acoplar el componente de revestimiento (302) comprende:
ubicar cada una de las ubicaciones de acoplamiento (626) a una distancia con respecto al borde de filete (132) de manera que la unión de filete (128) en cada uno de los bordes de filete (132) se vea sometida a la relación momentocizalladura.
13. Método según la reivindicación 11, en el que la etapa de acoplar el componente de revestimiento (302) en las ubicaciones de acoplamiento (626) comprende:
colocar las ubicaciones de acoplamiento (626) en una separación de ubicación de acoplamiento (626) que es menor que un paso de refuerzo (124) entre al menos un par de refuerzos de panel dispuestos adyacentes (108) de un conjunto estructural (100) bajo una carga de tracción de tensión distribuida de manera sustancialmente uniforme (200) que actúa sobre el panel de revestimiento.
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