Analysis of process-induced defects on steered-fiber panels for aeronautical applications

Abstract

Currently, the use of Automated Fiber Placement technology allows, large composite aircraft components to be manufactured with high quality materials and introduce new laminate concepts. Among such concepts are the tow-steered panels with curved fibers improved the structural efficiency by means variable stiffness and loading redistribution. However, despite these advantages, conventional laminates with straight fiber architectures are still preferred by designers. The main reason that limits the use of variable stiffness laminates is the incomplete knowledge of the effect of process-induced defects and the response to damage and structural failure mechanisms. The work presented in this thesis focuses on analyzing this influence. A methodology for modeling numerical simulation, which takes into account the manufacturing constraints, has been developed. This pre-processing tool enables unconventional laminates to be delineated and allows for progressive damage. In addition, experimental tests have been carried out to study the effects on the mechanical response of manufacturing defects due to tow-drops

Actualment, l'ús de la tecnologia de 'Automated Fiber Placement' permet, la fabricació de grans components de compòsit per a avions amb una elevada qualitat i, a la vegada, ens dóna la possibilitat d'introduir nous conceptes de laminats. Entre aquests conceptes hi ha els 'tow-steered panels" amb fibres corbes que destaquen per la millora de l'eficiència estructural donada la seva capacitat d'obtenir rigidesa variable i de redistribució de càrregues. Tanmateix, malgrat aquestes avantatges, els laminats convencionals amb arquitectures de fibres rectes són encara la solució preferida pels dissenyadors. Les principals raons que limiten l'ús dels laminats de rigidesa variable és l'incomplet coneixement de l'efecte dels defectes induïts durant la seva fabricació i la seva resposta als mecanismes de dany i de fallada estructural. L'estudi de la influència dels defectes induïts en la fabricació en els panells de rigidesa variable es troba en una fase inicial de recerca. El treball presentat en aquesta tesi està enfocat en l'anàlisi d'aquesta influència. Pel compliment d'aquest objectiu, primer ha estat desenvolupada una metodologia de modelat per a la simulació numèrica que té en compte les limitacions de fabricació. Aquesta eina de pre-procés permet definir els laminats no convencionals que permetrà la simulació del dany progressiu des del seu inici fins a la fallada final d'aquest tipus de dissenys. A la segona part d'aquesta tesi, s'han portat a terme assaigs experimentals per a l'estudi dels efectes sobre la resposta mecànica dels defectes de fabricació deguts als 'tow-drop'