La isogrid es un tipo de estructura parcialmente ahuecada formada generalmente a partir de una sola placa de metal (o lámina frontal) con nervaduras de refuerzo triangulares integradas (a menudo llamadas largueros ). Fue patentada por McDonnell Douglas (ahora parte de Boeing ). [1] Es extremadamente ligera y rígida. [2] En comparación con otros materiales, es costosa de fabricar, por lo que está restringida a aplicaciones de vuelos espaciales y algunas partes particularmente críticas de uso aeroespacial más general .
Las estructuras isogrid están relacionadas con los paneles compuestos con estructura tipo sándwich ; ambos pueden modelarse utilizando la teoría de sándwich , que describe estructuras con láminas de cara rígidas separadas y una capa de interconexión más ligera. Las isogrids se fabrican a partir de láminas individuales de material y con aberturas triangulares de gran escala, y un patrón abierto en las bridas , en comparación con las láminas cerradas y las estructuras de espuma o panal de abeja para las estructuras de sándwich-compuesto.
Las estructuras isogrid están constituidas por una fina piel reforzada con una estructura reticular. Estas estructuras son adoptadas en la industria aeronáutica ya que presentan tanto resistencia estructural como ligereza. [4]
El patrón triangular es muy eficiente porque conserva la rigidez mientras ahorra material y, por lo tanto, peso. El término isogrid se utiliza porque la estructura actúa como un material isotrópico , con propiedades iguales medidas en cualquier dirección, y grid, se refiere a la estructura de láminas y refuerzos.
Una variante similar es la rejilla ortogonal (a veces llamada rejilla de gofre ), que utiliza aberturas rectangulares en lugar de triangulares. No es isotrópica (tiene diferentes propiedades desde distintos ángulos), pero se adapta bien a muchos casos de uso y es más fácil de fabricar.
Tradicionalmente, se utilizó el patrón de triángulo equilátero porque era susceptible de un análisis simplificado. [5] [6] Dado que el patrón de triángulo equilátero tiene características de resistencia isotrópica (sin dirección preferencial), se lo denominó isogrid. [5]
Los refuerzos de una isomadura generalmente se mecanizan a partir de una cara de una sola lámina de material, como aluminio, con una fresadora CNC. Un espesor inferior a 0,04 pulgadas (1,0 mm) puede requerir procesos de fresado químico . [7]
Se ha dado un gran impulso a las técnicas de fabricación aditiva debido a la reducción de los costes generales de material y producción y a la alta eficiencia y precisión, al tiempo que se proporciona control sobre parámetros como la porosidad. Además, la facilidad de fabricación de prototipos para fines de prueba ha hecho una enorme contribución. [8]
Las isorrejillas compuestas son configuraciones de costilla-revestimiento, donde al menos una parte de la costilla es de un material diferente al revestimiento, y el compuesto se ensambla mediante varios procesos manuales o automatizados. [9] Esto puede dar lugar a relaciones resistencia-peso extremadamente altas. [10]
Los paneles isogrid forman estructuras autorigidizadas en las que el peso reducido, la rigidez, la resistencia y la tolerancia a los daños son importantes, como en los aviones o los vehículos espaciales. Las estructuras isogrid aeroespaciales incluyen cubiertas de carga útil y propulsores, que deben soportar todo el peso de las etapas superiores y las cargas útiles bajo cargas G elevadas. Su configuración abierta con una única lámina sellada orientada hacia el exterior las hace especialmente útiles para los tanques de propulsante de los cohetes, en los que sellar el propulsante pero permitir que se drene durante el uso o el mantenimiento son características necesarias.
Algunas naves espaciales y vehículos de lanzamiento que utilizan estructuras isogrid incluyen:
La rejilla ortogonal (también conocida como rejilla de gofre) es similar a la rejilla isométrica, pero con un patrón cuadrado; algunos ejemplos incluyen:
La McDonnell-Douglas Corporation (ahora parte de The Boeing Company) posee los derechos de patente para el desarrollo de la primera isogrid de aluminio
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