En el diseño de vida segura , los productos están destinados a ser retirados del servicio al alcanzar una vida útil de diseño específica .
La vida útil segura es particularmente relevante para aeronaves de metal simples, donde los componentes del fuselaje están sujetos a cargas alternas durante la vida útil de la aeronave, lo que los hace susceptibles a la fatiga del metal . En ciertas áreas, como en los componentes de las alas o la cola, una falla estructural en vuelo sería catastrófica. [1]
La técnica de diseño de vida segura se emplea en sistemas críticos que son muy difíciles de reparar o cuyo fallo puede causar graves daños a la vida y a la propiedad. Estos sistemas están diseñados para funcionar durante años sin necesidad de reparaciones.
La desventaja de la filosofía de diseño de vida segura es que se deben hacer suposiciones serias sobre las cargas alternas impuestas sobre la aeronave, por lo que si esas suposiciones resultan ser inexactas, pueden comenzar a aparecer grietas antes de que el componente sea retirado del servicio. Para contrarrestar esta desventaja, se desarrollaron filosofías de diseño alternativas como el diseño a prueba de fallas y el diseño tolerante a fallas .
Una de las formas en que se utiliza el enfoque de vida segura es planificar y prever la resistencia de los mecanismos en la industria automotriz. Cuando la carga repetitiva en las estructuras mecánicas se intensificó con la llegada de la máquina de vapor, a mediados del siglo XIX, se estableció este enfoque (Oja 2013). Según Michael Oja, “los ingenieros y académicos comenzaron a comprender el efecto que tiene el estrés cíclico (o la deformación) en la vida de un componente; se desarrolló una curva que relaciona la magnitud del estrés cíclico (S) con el logaritmo del número de ciclos hasta la falla (N)” (Oja 2013). La curva SN porque la relación fundamental está en los diseños de vida segura. La curva depende de muchas condiciones, incluida la relación entre la carga máxima y la carga mínima (relación R), el tipo de material que se inspecciona y la regularidad con la que se aplican los esfuerzos cíclicos (o las deformaciones). Hoy en día, la curva sigue siendo importante para probar experimentalmente muestras de laboratorio en muchos niveles de carga cíclica continua y detectar el número de ciclos hasta la falla (Oja 2013). Michael Oja afirma que, “No es sorprendente que, a medida que disminuye la carga, aumenta la vida útil de la muestra” (Oja 2013). El límite práctico de los desafíos experimentales se debe a los límites de frecuencia de las máquinas de prueba impulsadas hidráulicamente. La carga a la que ocurre esta vida útil de alto ciclo ha llegado a reconocerse como el activo de fatiga del material (Oja 2013).
Existen dos tipos genéricos de estructura de aeronave: la de vida útil segura y la de seguridad frente a fallos. La primera es aquella que tiene una resistencia residual baja si falla un elemento de soporte de carga principal, mientras que la segunda tiene trayectorias de carga alternativas, de modo que si un elemento de soporte de carga principal se agrieta, la resistencia residual permanece porque las cargas pueden ser asumidas por los elementos adyacentes. En las aeronaves modernas, se proporcionan estructuras de seguridad frente a fallos con hasta tres trayectorias de carga alternativas, pero en 1947 la estructura de soporte de carga principal era la de vida útil segura. Esto no importaba en un fuselaje provisional diseñado para operaciones en el aire superior en calma, pero a unos 500 pies las cargas y las tensiones eran más volátiles.
La filosofía de diseño de vida segura se aplica a todas las estructuras de helicópteros. [2] En la generación actual de helicópteros del Ejército, como el UH-60 Black Hawk , los materiales compuestos representan hasta el 17 por ciento del peso del fuselaje y del rotor (Reddick). Harold Reddick afirma que, "Con el advenimiento de los principales proyectos de I+D de estructuras compuestas para helicópteros, como el Programa de fuselaje compuesto avanzado (ACAP) y los proyectos de métodos y tecnología de fabricación (MM&T), como el Programa de palas compuestas de bajo coste del UH-60, se estima que en unos pocos años los materiales compuestos podrían aplicarse a hasta el 80% del peso del fuselaje y del rotor de un helicóptero en un programa de producción" (Reddick). Junto con esta aplicación, es la obligación esencial que se industrialicen criterios de diseño sólidos y definitivos para que las estructuras compuestas tengan una vida útil de fatiga alta para la economía de propiedad y una buena tolerancia al daño para la seguridad del vuelo. Los criterios de vida segura y tolerancia al daño son prácticos para todos los componentes críticos del vuelo de helicópteros (Reddick).