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7/23/2019 Damage Tolerance.pptx
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Introduccin a la Tolerancia al Dao
Sante Brucoli
Ingeniero Mecnico UCV
TSU Mtto. Aeronutico - USB
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Contenido
Introduccin
Antecedentes
Filosofas de construccin y diseo
AAWG, los 80
Un poco de teora
Fatiga
Crecimiento de grietas
Intervalos de reinspeccin
Definicin de tolerancia al dao
Cumplimiento con el DT
Inspecciones SSI
Reparaciones
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Contenido
Cmo se cumple con el DT y WFD?
Al fabricante
Al operador
LOV
FCBS
Damage Tolerance Evaluation
Damage Tolerance Inspection
Categorizacin de las reparaciones
Mapping estructural
Modificaciones al programa de mantenimiento
SSID DTR Form
Widespread Fatigue Damage
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Introduccin
Aloha Airlines
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Introduccin
Factores que impactan en el diseo y mantenimiento
ECONOMIA
SEGURIDAD
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Introduccin
Caso Comet, 1954
Entre 1286 y 903 aterrizajesFatiga
Precarga durante laspruebas de certificacin
indujeron una zona deesfuerzos compresivosfavorables a la fatigaResultados no realisticos
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Introduccin
Caso B-707, 1977
Rediseo del estabilizadorcambio del materialEstructura ms rgidaCambio en la transmisin de cargas no se evalu la posibilidad de grietas en BFalta de ensayos a escala real en el rediseo
Zona esperada de fatiga
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Introduccin
Caso B-707, 1977
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Introduccin
Caso Aloha Airlines B737, 1988
89 000 aterrizajesAmbiente corrosivo (salino)WFD (MSD)
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Antecedentes
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Antecedentes
Filosofas de construccin
Monocasco
Caractersticas: Pieles soportan
cargas No hay elementos
internos sometidosa esfuerzos
Estructura pesadapara cargaselevadas
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Antecedentes
Filosofas de construccin
Semi-monocasco
Caracteristicas: Pieles y elementos
internos soportancargas Se comparten
esfuerzos Estructura mas
liviana (pieles demenor espesor)
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Antecedentes
Filosofas de diseo
Safe life
Fail safe
Damage tolerant
Vida del elemento especificada.Se reemplaza antes de su limitede vida y se descarta
Falla segura: un elemento puedefallar, y la estructura circundanteabsorbe las cargas. Ejemplo:
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Antecedentes
Filosofas de diseo
Safe life
Fail safe
Damage tolerant
Evolucion del fail safe:La estructura se disea sabiendoque los DEFECTOS EXISTEN. El daoPROGRESA, pero la estructura es
capaz de soportar las cargas.El progreso se mide y conINSPECCIONES REPETITIVAS seCONTROLA.
IMPORTANTE: Esto NO quiere decirque a priori se puede dejar un
dao luego de descubrirlo.Cualquier dao DEBE evaluarse(repararse, controlarse)
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Antecedentes
AAWG
Accidente de Aloha, 1988
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Antecedentes
AAWG
Conferencia Internacional de Aging, 1988
In 1988, the industry experienced asignificant failure of the airworthiness system.
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Antecedentes
AAWG
Recomendaciones que surgieron
Aging ProgramSID Program
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Antecedentes
AAWG
Acciones de mantenimiento estructurales en servicio
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Un poco de Teora
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Un poco de Teora
Fatiga
Qu es la fatiga?
Definicin intuitiva
Definicin formal
Deterioro gradual
Cargas repetidas
Cargas muy por debajo del limite de fluencia
Ocurre lentamente su progreso
Pero la fractura final es repentina
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Un poco de Teora
Fatiga
Ocurre por cargas repetidas
Es decir, utilizacin NORMAL --> Dao latente --> PELIGRO!
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Un poco de Teora
Fatiga
Cargas estructurales
Carga ultima (150% carga limite)
Carga limite (maximo esperable en la vida de laaeronave, rarsima vez ocurre)
Carga normal
FATIGA!
No se detecta facilmente
Deformacion permanente
Catastrofe
Por eso la estructura DEBEresistir estos daos latentes
Y las reparaciones tambien!
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Un poco de Teora
Fases de la fatiga
Iniciacin (nucleacin)
Propagacin
Fractura
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Un poco de Teora
Fases de la fatiga modelos predictivos
Diseo soportado por investigacin y modelos predictivos
Entendimiento del fenmeno y sus fases
Iniciacin
Falla final (fractura)
Definicin prctica:Termina cuando lapropagacin esindependiente de lacondicin superficial
S-N,FE
M,Kt
INIC
IACION
LEFM
Enseanza de las experiencias (accidentes)
Dificil de estimar
da/dN = f(K,R)
N
N
aCrecimiento de la grieta
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Un poco de Teora
Crecimiento de grietas
Si se puede predecir el crecimiento de la grieta, sepuede prevenir su falla, suponiendo que exista un dao
Comportamiento de una grieta:
N
a
a0
Dao existente (se estima)
Como? Dao minimo detectable Metodo NDT
NfTam
aode
grietacrtica
La falla ocurre cuandoel Factor de intensidadde esfuerzos K alcanza
el KIC del material
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Un poco de Teora
Modelo de Crecimiento de grietas
Se usa la mecanica de fracturas lineal elastica, LEFM
depende del modo de carga
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Un poco de Teora
Factor de intensidad de esfuerzos como parmetro
El factor de intensidad de tensiones Kdefine la amplitud de lasingularidad del campo de tensiones en el vrtice de fisura.
zona dominada porla singularidad
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Un poco de Teora
Fractura en carga esttica.
La falla ocurre cuando K > KIC
Depende de la geometra
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Un poco de Teora
y para cargas ciclicas
da/dN = f(K,R)
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Un poco de Teora
Modelos de crecimiento de grietas
Paris y Erdogan
KKR
KC
dN
da
c
m
=
)1(
Foreman
mKC
dN
da=
R= Kmax
/Kmin
Modelos de crecimiento de grietas
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Un poco de Teora
Caracterizacin del material
Curvas S-N
Se usan para estimaciones de vida a fatiga (inicio hastala fractura final)
Ref DOT/FAA/
AR-MMPDS-01(antiguo MIL-HDBK-5)
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Un poco de Teora
Caracterizacin del material
da/dN esta graficado para casi todos los materialesaeronuticos
Ref DOT/FAA/
AR-MMPDS-01(antiguo MIL-HDBK-5)
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Un poco de Teora
Ejemplo
Fractura esttica en presencia de grieta, estimacin deresistencia residual
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Un poco de Teora
Ejemplo
Fatiga en presencia de grieta, estimacin de duracinde un dao hasta su falla
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Un poco de Teora
Intervalos de reinspeccin
Gracias a los principios de la mecanica de fractura, esposible estimar cuanto durara una pieza con dao latente,hasta su fractura
Esto permite definir un periodo de tiempo en el cual puede
detectarse el dao antes que ocurra la falla catastrfica
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Un poco de Teora
Intervalos de reinspeccin
Dependencia del mtodo de inspeccin
Mtodo HFEC
Mtodo UT
Mtodo Visual
Tamaodetectable por
HFEC
Tamao det.por UT
Fractura final
Tamao
degrieta
Ciclos
Periodo de deteccin HFEC
Periodo de deteccin UT
Periodo de deteccin Visual
Tamao visible
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Tolerancia al Dao
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Tolerancia al Dao
Definicin
La estructura es tolerante al dao si los daos causados porfatiga, corrosin o daos accidentales pueden serdescubiertos y reparados antesde caer por debajo de laresistencia residual
Enmienda 45 del FAR 25.571 requiere que toda estructuraprimaria sea tolerante al dao
Aeronaves y componentes certificados despues de 1978
Se basa en inspecciones programadas
Antes de 1978 se requeria que la estructura fuese FailSafe
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Tolerancia al Dao
Resistencia residual
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Tolerancia al Dao
Resistencia residual VS. crecimiento de la grieta
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Tolerancia al Dao
Clasificacin de las estructuras
Primaria: partes estructurales quecontribuyen significativamente asoportar cargas de tierra(incluyendo 9g), cargas devuelo, y presurizacin
FCBS Non-FCBS
PSE: partes estructuralesque contribuyensignificativamente asoportar cargas detierra, cargas de vuelo,y presurizacin cuyafalla no detectadapodria causar laperdida de la aeronave
FCBS: Estructura que si esreparada o alterada puedeser susceptible aagrietamiento por fatiga,que pudiese llevar a unafalla catastrofica.
Como se garantizasu
aeronavegabilidad?
SSID
SSIP
R.A.P.
D.T. parareparaciones
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Tolerancia al Dao
Cumplimiento con el DT: Supplemental Structural Inspections
Son inspecciones suplementarias que buscan daos porfatiga en los P.S.E.
Damage Tolerance Rating
Medida de la probabilidad de detectar al menos una grietapor fatiga en una parte/pieza/detalle en una flota deaeronaves antes de que la resistencia residual caiga pordebajo del limite requerido
Pd= 1 0.5DTR
Probabilidad Cumulativa de deteccin
Parametro usado por Boeing para cuantificar las caracteristicasde tolerancia al dao de una estructura basado en susrequerimientos de inspeccin
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Tolerancia al Dao
Damage Tolerance Rating
Alto DTR
Estructura critica
Requiere alta probabilidad de deteccin
Bajo DTR
Estructura menos critica
Requiere menos probabilidad de deteccion
Muchas areas de la aeronave tienen un DTRsuficientemente bajo para permitir que un normal
maintenance provea un nivel adecuado de deteccin, ypor lo tanto no se requieren INSPECCIONESSUPLEMENTALES (ref SSID)
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Tolerancia al Dao
Damage Tolerance Rating Form
Si el PM de la aeronave difieremucho de los intervalosestablecidos por el SID, el operadorpuede usar el DTR Form paraestablecer nuevos intervalos quecumplan con el DT:
Procedimiento1)
El DTR debe sumar un valordeterminado en cada forma
2) Una forma por cada detalle de
PSE3) Se eligen los metodos
disponibles para vincularlos conintervalos deseables.
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Tolerancia al Dao
Damage Tolerance Rating Form Ejemplo
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Tolerancia al Dao
Cumplimiento con el DT: Reparaciones y alteraciones
Clasificacin de daos
Dao permisible (allowable):
Este tipo de dao no requiere reparacin, pero puede
requerir inspecciones repetitivas Dao no significativo (negligible):
Dao que no requiere remocin, reemplazo o empalme delmiembro estructural, como rayones, hendiduras yabolladuras (si estn libres de grietas y otros daos).
Dao reparable
Dao que es econmicamente factible para ser reparado,en vez de ser sustituido, sin trabajo adicional de ingeniera.
Dao que requiere reemplazo
Dao que requiere trabajo de Ingeniera:
Son daos que no estn cubiertos en el SRM por su
complejidad
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Tolerancia al Dao
Cumplimiento con el DT: Reparaciones y alteraciones
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Tolerancia al Dao
Cumplimiento con el DT: Reparaciones y alteraciones
Para reparaciones con data publicada (SRM, SB), elfabricante proveer el umbral de inspecciones, metodo eintervalo
Para data no publicada, la FAA propone un enfoque de tresetapas (AC 120-93):
Etapa 1: Retorno a servicio basado en criterios deresistencia esttica
Etapa 2: Determinacin del umbral de inspeccionesbasadas en el FAR 25.571 en los 12 meses sucesivos alretorno a servicio
Etapa 3: Intervalos de repeticin y mtodo de inspeccina ser provistos antes del umbral de la primera inspeccin.
Boeing loenvia en la
primerarespuesta
Solicitar unnuevo SR aBoeing no
menos de 24meses antes
del umbral
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Tolerancia al Dao
Mapping Estructural Requerido para documentar las reparaciones en la
aeronave, y CONTROLAR sus requerimientos demantenimiento (Damage Tolerance Requirement)
Requerido a bordo por Norma Complementaria INACNC-83-121
No tiene un formato especifico pero debe contener almenos:
Diagrama de aeronave para ubicacin
Referencia de data de reparacin (SRM, ServiceRequest, etc)
Identificacin del tipo de reparacion (doubler, interna,externa, etc)
Requerimiento de mantenimiento (HFEC, Visual, NormalMaintenance)
Intervalo/Umbral
Ultima y proxima inspeccion
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Tolerancia al Dao
Widespread Fatigue Damage
Tipo de dao por fatiga caracterizado por presenciasimultanea de grietas en multiples detalles estructurales que
por su cantidad y densidad la estructura no podra soportarlos requerimientos de tolerancia al dao
Impone un limite de vida a las aeronaves, dado que a partirde cierto ciclaje, el riesgo de no-deteccin de este dao yla probabilidad de ocurrencia de WFD aumentaconsiderablemente
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Tolerancia al Dao
Widespread Fatigue Damage Concepto de L.O.V.
Limit of Validity
Es el limite en ciclos u horas de una estructura, a partir delcual la data de ingenieria disponible para garantizar la
aeronavegabilidad de la estructura pierde validez No es el limite de vida de la estructura en s, sino de la
data de soporte
A partir de ese lmite, la aeronave NO puede seroperada
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Tolerancia al Dao
Widespread Fatigue Damage L.O.V.
Pre Amendment 25-45 (1978)
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Tolerancia al Dao
Widespread Fatigue Damage L.O.V.
Post Amendment 25-45, pre 25-96
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Tolerancia al Dao
Widespread Fatigue Damage L.O.V.
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