An Experimental Investigation of Shape Distortions in Aerospace Composites

Du som saknar dator/datorvana kan kontakta akermo@kth.se för information

Tid: Fr 2020-04-03 kl 10.00

Plats: Live-streaming use https://kth-se.zoom.us/u/cbnRO7Qm6a, Stockholm (English)

Ämnesområde: Flyg- och rymdteknik

Licentiand: Erik Hörberg , Lättkonstruktioner

Granskare: Professor Patrik Fernberg, LTU

Huvudhandledare: Malin Åkermo, Lättkonstruktioner; Stefan Hallström, Lättkonstruktioner

Abstract

Kompositmaterial utgör viktiga konstruktionsmaterial i moderna flygplansstrukturer. Deras goda mekaniska egenskaper leder till minskad strukturell vikt och därmed minskad bränsleförbrukning och utsläpp av koldioxid (CO2). Ett vanligt använt kompositmaterial inom flygindustrin är kolfiberarmerad plast eller CFRP. CFRP består av lastbärande kolfiber sammanbundna av en härdplastmatris bestående av epoxi.

Vid tillverkning av kompositartiklar inom flygindustrin används härdningstemperaturer på vanligtvis mellan 120°C till 180°C. Då den termiska expansionen hos kompositens delar, fiber och matris, skiljer sig mycket, resulterar stora temperaturskillnader under tillverkningen i formförändringar hos kompositdetaljen och/eller uppbyggnad av restspänningar. Allt eftersom kompositdetaljernas storlek och komplexitet ökar i moderna flygplan så blir behovet av att förstå dessa formförändringar och kunna modellera dess effekter allt större. Det är många faktorer som påverkar uppkomsten av formförändringar, där de mest kända innefattar skillnader i termisk expansion och kemiskt krymp hos den härdande matrisen. I denna avhandling är dock fokus på två mindre undersökta faktorer; laminatböjstyvhet och påverkan från laminatets fukthalt.

Böjstyvheten hos ett laminat kan varieras genom att ändra laminattjockleken och/eller uppläggningssekvensen av enskilda lager. I artikel A presenteras en experimentell studie där inverkan av ett laminats böjstyvhet på formförändringen separeras från laminattjocklekens inverkan på formförändringen. Resultaten som presenteras i artikel A visar att det är möjligt att anpassa laminatupplägget på ett sätt som är fördelaktigt för i-planet laster samtidigt som det minskar de inbyggda spänningarna som uppstår i en komplex kompositartikel på grund av formförändringar.

I den andra delen av denna avhandling så har kopplingen mellan laminatets fukthalt och formförändring undersökts. Kompositmaterial som används i flygplanstrukturer kommer att utsättas för miljöeffekter såsom varierande temperaturer och fukt. Exponeringen är sällan konstant utan varierar över tid beroende på årstid och i vilket geografiskt område flygplanet befinner sig i. I artikel B sammanställs resultat från en experimentell studie där påverkan av laminatfukthalt på formförändringar har undersökts. Det är tydligt att fuktinnehållet har så stor inverkan på formförändringar att det måste beaktas vid analys av komplexa kompositstrukturer för att kunna nå tillförlitliga prediktioner från modeller och simulering.

Resultaten som presenteras i denna avhandling visar på att ytterligare forskning och utveckling behövs för att förbättra de beräkningsmodeller som används inom flygindustrin för att förutsäga formförändringar hos kompositartiklar. Detta är viktigt för att möjliggöra en mer kostnadseffektiv tillverkning och sammanbyggnad av stora kompositdelar i framtiden.

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-269076