Damage Tolerance.pptx

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


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


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



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Tolerancia al Dao


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


Post Amendment 25-45, pre 25-96


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Tolerancia al Dao


Documents

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