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
Compaction Simulation for Prepreg-AutoclaveManufacturing: Improvements and Simplifications of Two Compaction Simulation Methodologies
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]

In a competitive market such as the aerospace industry, the use of manufacturing process simulation is vital to decrease time and cost of tooling and process development. In the autoclave process, to obtain an uniform part with no void, it is crucial to understand the compaction phenomenon. Through the last decades, compaction simulation methodologies have been developed but only rather simple geometry and/or small parts have been studied. At Airbus Helicopters Deutschland, compaction simulation methodology needs to be able to predict outcomes of rather large and complex helicopter parts such as the final thickness, porosity, wrinkles, thickness deviation, etc. In the two existing Airbus Helicopters Deutschland simulation methodologies, the main problems are the complexity of the simulation process, high computational costs and substantial set-up for rather simple parts. The research presented in this Master thesis aims at providing improvements and optimisations of the two simulations. A comparison of the two methods is also performed in terms of applicability, accuracy, set-up time and computational cost to assess which method should be favoured depending on the problem. Samples previously built at Airbus or during this thesis are used for the simulations’ calibration and validation.

For the first method based on the soil approach, parameters such as the autoclave cycle length, the shear stiffness of the fibres, pore pressure boundary condition, number of contacts, mesh size and radius discretisation are investigated. This method is capable of predicting’ accurately the final thickness and the thickness distribution behaviour for flat and curved parts. However, at lower consolidation pressures, the accuracy decreases. Furthermore, this simulation methodology requires high computational and set-up times. During the calibration of the method, CPU and setup times are reduced by using smaller model and coarser mesh while still achieving a correct result.

For the second methodology based on membrane elements while neglecting flow effects, the contact modelling is calibrated: the contact stiffness is correctly altered to fit the thickness variation during the manufacturing process. Calibration is done for flat parts. However, wrinkles start to form in the curved part model where no such defect was observed in the samples. This issue needs to be investigated first to continue the simulation calibration. The method shows accurate results for each pressure cycle with lower computational cost and faster set-up than the first method.

In addition, wrinkles can be visualized directly in the simulation and core material such as honeycomb and foam sandwich cores can be taken into account. This method looks quite promising but needs further investigation.

Abstract [sv]

Aerospace industrin måste ständigt möta upp mot höga kvalitetskrav samtidigtsom den är utsätts för hård konkurrens från andra aktörer. Användningenav processimulering är viktig för ett företags konkurrenskraft genom att detger minskad uppstartstid tid, skapar robusta tillverkningsmetoder och minskarverktygskostnaderna. I autoklavprocessen, vilken används för tillverkning avavancerade strukturella kompositkomponenter, är det exempelvis av yttersta viktatt med hjälp av modeller förstå och prediktera materialkonsolideringen. Olikametoder har presenterats under de senaste decennierna för att kunna bestämma gradav konsolidering, men de har samtliga varit begränsade till ganska enkla geometrieroch/eller studier på små detaljer. Vid Airbus Helicopters Tyskland behöver sådanasimuleringar tex kunna förutsäga slutlig materialtjockled, porhalt, veckbildningoch tjockleksvariationer vid tillverkning av stora och komplexa geometrier. De tvåexisterande simuleringsmetodiker som används av företaget idag är för komplicerade,kostsamma (kräver mycket datorkraft) och omständliga att sätta igång även försimulering av ganska enkla delar. Forskningen som presenteras i denna avhandlingsyftar till att förbättra och optimera den existerande simuleringsmetodiken påföretaget. En jämförelse mellan de två metoderna är genomförd för att undersökavilken metod är att föredra för olika typer av problem. Vid jämförelsen studerasmetodernas applicerbarhet, noggrannhet, uppstartningstid och beräkningskostnad.Verkliga komponenter som fanns tillgängliga sedan tidigare eller som har tillverkatsvid Airbus Helicopters under tiden för uppsatsen har använts för kalibrering ochvalidering.Den första metoden är baserad på en soil approach och parametrar såsom autoklavens processcykel, fibermaterialets skjuvstyvhet, portryck, antalkontaktpunkter, storlek på beräkningsnätet och beräkningsradiernas diskretisation ärundersökta. Metoden gör det möjlig att prediktera slutlig komponenttjocklek samttjockleksvariationer för plana och krökta delar. Emellertid minskar noggrannheten vidsimuleringar av låga processtryck. Dessutom kräver metodiken långa uppstartstidersamt simuleringstider. Genom att kalibrera metoden för halverad modell eller grövreberäkningsnät kan dock både CPU-tid och uppstartstid reduceras.För den andra metoden, som är baserad på skalelement och bortser frånmatrisflödeseffekter, har arbetet i uppsatsen handlat om att kalibrera kontaktvillkoren.Kontaktstyvheten har anpassats för att passa de tjockleksvariationerna som uppstårunder tillverkning. Dessvärre uppstår veck i den härdade, dubbelkrökta komponentenvilket inte korrelerar med beräkningarna. Detta måste utvärderas vidare genomförbättrad beräkningskalibrering. Metoden visar upp resultat med god noggrannhetför samtliga simulerade tillverkningscykler, samtidigt som detta sker med kortareuppstartstid än den första metoden samt till lägre beräkningskostnad. Dessutommöjliggör metoden att veck kan visualiseras direkt i simuleringarna och att bådehoneycomb- och skumkärnor kan inkluderas och tas hänsyn till i beräkningarna.Metoden verkar mycket lovande men kräver vidare utredning.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 78
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2019:312
National Category
Vehicle Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-262035OAI: oai:DiVA.org:kth-262035DiVA, id: diva2:1360645
External cooperation
Airbus Helicopters Deutschland
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-10-14 Created: 2019-10-14 Last updated: 2019-10-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(8226 kB)9 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 8226 kBChecksum SHA-512
e8ac291a481e2d7164f32d8545f17b4a3b66b16e43e066a37a68b2066354a6dfaaffc042e20997ac0f6d99ad29a1cd2a7bedb4166336c05dc9ecc3d4e10b9b38
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Lightweight Structures
Vehicle Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 9 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: 31 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