Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Investigating In-plane Shear Behaviour of Uncured Unidirectional Prepreg Tapes
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Lightweight Structures.
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

Steering of prepreg tows in an automated fibre placement (AFP) process allows geodesic layup trajectory over a doubly-curved surface, as well as the potential to improve the efficiency of composite structures by tailoring their stiffness. However, defects (such as out-of-plane buckling and tow pull off) are commonly generated when the steering radius exceeds a critical limit, which impact the mechanical properties of the finished product.

The in- and out-of-plane material properties of the prepreg tows have been shown to significantly influence the quality of the layup. In this thesis, in-plane shear behaviour of uncured IMA-M21 unidirectional (UD) prepreg was characterised using an off-axis tensile test to derive material parameters for process models to predict steering limits and defects.

Test parameters, such as shear strain rates and temperatures, that were investigated were consistent to the actual AFP process. The results demonstrates the expected strain-rate and temperature dependencies related to the resins viscoelastic behaviour. Subsequently, a novel micro-mechanical finite element (FE) simulation of a 3-dimensional UD prepreg unit cell in pure shear was conducted to gain qualitative insights into the complex rheological behaviour at play. It effectively demonstrates how fibre friction, resin viscosity and shear strain rates influence the load transfer between fibres and melt, as well as the movement of fibres during the shearing process. These were reflected in the shear stress-strain curves generated in the simulation and elastic micro-buckling observed in the fibre elements. The results pave a way for future development of a robust material model for predicting the critical process parameters to achieve quality layups from AFP steering process.

Abstract [sv]

Automated Fibre Placement (AFP) är en automatiserad metod för tillverkning av högpresterande fiberkompositkomponenter inom främst flygindustrin. AFP gör det möjligt att styra fiberupplägget genom att följa den geodetiska vägen ¨over dubbelkrökta ytor. Detta ger effektiva kompositstrukturer där fibrerna tillåts ligga i precis de rätta, skräddarsydda riktningarna för bästa möjliga mekaniska prestanda. Det finns dock begränsningar, speciellt när det gäller kritiska styrradier där defekter som fiberbuckling och fiber-släpp lätt uppstår. Dessa defekter påverkar den färdiga produktens mekaniska egenskaper. Skjuvegenskaperna i planet hos de ohärdade prepregens fiberbuntar och buckling ut ur planet har visat sig ha stor inverkan på kvalitén hos fiberuppläggen.

I denna avhandling undersöks skjuvegenskaperna hos ohärdad IMA-M21 enkelriktad (UD) prepreg med hjälp av ett icke-axiellt dragprov. Syftet ¨ar att ta fram materialdata för simulering av fiberuppläggets begränsningar, för att kunna bestämma hur AFPn bör styras. Modellerna ska ¨aven prediktera de defekter som uppstår. Testparametrar så som skjuvhastigheter och temperaturer undersöks för att efterlikna den verkliga AFP-processen. Resultaten fångar det förväntade skjuvhastighet- och temperaturberoende som ges av matrisens viskoelastiska egenskaper. Baserat på dessa modeller tas en nya mikromekanisk modell fram som implementerad i Finita Element (FE) ger kvalitativ inblick i den komplexa reologin som inverkar. Modellen påvisar tydligt hur fiberfriktion, matrisens viskositet- och skjuvhastighet påverkar kraftföreningen mellan fiber och matris, så väl som förflyttningen av fibrer under skjuvprocessen. Resultaten banar väg för framtida utveckling av robusta materialmodeller för att kunna prediktera kritiska parametrar för att åstadkomma högkvalitativa

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 64
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2019:300
National Category
Vehicle Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-262011OAI: oai:DiVA.org:kth-262011DiVA, id: diva2:1360268
External cooperation
University of Bristol's composite institute (ACCIS)
Examiners
Available from: 2019-10-11 Created: 2019-10-11 Last updated: 2019-10-11Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(3209 kB)27 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 3209 kBChecksum SHA-512
10d85ef6d736a75f1395bb9c6af37d16db4299ebf1d492f89f602b452b717b2ee9090d81c0dfc334f01a356491ca8c5e705f8dd767d93d090bc008e5245b5433
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Lightweight Structures
Vehicle Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 27 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 93 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf