Estudo de processo de fabrico avançado para estruturas aeronáuticas compósitas
Autor(a) principal: | |
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Data de Publicação: | 2019 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10400.22/14638 |
Resumo: | Os processos de produção de componentes estruturais em compósito com cura em autoclave são atualmente os eleitos pelos principais fabricantes de equipamento original (OEMs) de aeronaves do mundo, contudo, estes apresentam elevados investimentos de capital, de custos operacionais e de tempo. A crescente aplicação de materiais compósitos na indústria aeronáutica denuncia a necessidade de se explorarem processos alternativos fora do autoclave (OoA). Este estudo propõe-se a explorar os principais processos de fabrico e materiais utilizados na produção de estruturas aeronáuticas compósitas primárias e integradas, culminando no desenvolvimento e simulação de um processo alternativo. Os materiais selecionados foram caracterizados recorrendo a ensaios mecânicos, de processabilidade, de viscosidade e de permeabilidade. Com vista à análise dos processos de fabrico e a uma compreensão da influência das variáveis de processo, foi aplicado o método de Taguchi no desenho de experiências e realizada uma análise à variação da espessura, volume de fibra e vazios. Para validação do processo a implementar foi definido um componente demonstrador de processo e realizada uma simulação numérica do mesmo, recorrendo ao software PAM-RTM. Dos resultados obtidos pela comparação de processos destaca-se a relação direta de proporcionalidade entre a variação de espessura na formação de vazios, bem como a influência da compactação na obtenção de componentes com elevado volume de fibra. O processo resin transfer molding (RTM) em conjunto com os materiais selecionados permitiu atingir consistentemente volumes de fibra superiores a 60% e volume de vazios inferior a 2%, revelando-se uma opção viável à produção fora do autoclave. A simulação numérica do processo permitiu validar a capacidade de produção de uma estrutura aeronáutica One-Shot por RTM, reforçando potencial de redução de custos da solução. Apesar do trabalho aqui apresentado em torno da simulação dos processos ter sido suportado ao nível do estado da arte (literatura e software), é essencial dar continuidade à investigação de novos métodos que garantam maior precisão na determinação das propriedades fundamentais aos modelos constitutivos, nomeadamente, ao nível da permeabilidade dos reforços. |
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Este estudo propõe-se a explorar os principais processos de fabrico e materiais utilizados na produção de estruturas aeronáuticas compósitas primárias e integradas, culminando no desenvolvimento e simulação de um processo alternativo. Os materiais selecionados foram caracterizados recorrendo a ensaios mecânicos, de processabilidade, de viscosidade e de permeabilidade. Com vista à análise dos processos de fabrico e a uma compreensão da influência das variáveis de processo, foi aplicado o método de Taguchi no desenho de experiências e realizada uma análise à variação da espessura, volume de fibra e vazios. Para validação do processo a implementar foi definido um componente demonstrador de processo e realizada uma simulação numérica do mesmo, recorrendo ao software PAM-RTM. Dos resultados obtidos pela comparação de processos destaca-se a relação direta de proporcionalidade entre a variação de espessura na formação de vazios, bem como a influência da compactação na obtenção de componentes com elevado volume de fibra. O processo resin transfer molding (RTM) em conjunto com os materiais selecionados permitiu atingir consistentemente volumes de fibra superiores a 60% e volume de vazios inferior a 2%, revelando-se uma opção viável à produção fora do autoclave. A simulação numérica do processo permitiu validar a capacidade de produção de uma estrutura aeronáutica One-Shot por RTM, reforçando potencial de redução de custos da solução. Apesar do trabalho aqui apresentado em torno da simulação dos processos ter sido suportado ao nível do estado da arte (literatura e software), é essencial dar continuidade à investigação de novos métodos que garantam maior precisão na determinação das propriedades fundamentais aos modelos constitutivos, nomeadamente, ao nível da permeabilidade dos reforços.Autoclave based processes for curing composite components are currently elected as the standard for the majority of aircraft original equipment manufacturers (OEMs). However, these incur high capital investments, operational costs and are very time consuming. The rising application of composites in the aerospace industry urges the need to explore alternative Out-of-Autoclave processes. This thesis aims to address this by exploring the main manufacturing processes and materials that can be used for the manufacturing of aeronautical composite structures, culminating in the selection, development and simulation of an alternative process. The selected materials were characterized via mechanical testing, processability, viscosity and permeability. Aiming to analyze the manufacturing processes and assessing the influence of the process variables, the Taguchi method was implemented to perform a design of experiments that intended to evaluate the influence of the thickness variation, fiber volume fraction and void content. As means of process validation, a demonstrator was defined and a process numerical simulation was performed using the PAM-RTM software. With the results obtained from the process comparison, it was possible to highlight the direct proportion between the thickness variation and the void formation, and the influence of the compaction of the reinforcement towards obtaining components with a high fiber volume fraction. The resin transfer molding process, combined with the selected materials, yielded fiber volume fractions above 60% and void volume fractions under 2%, proving to be a viable option for out-of-autoclave production. The numerical simulation of the process allowed to validate the feasibility of the production of a one-shot RTM aeronautic structure, enhancing the cost reduction potential of the proposed solution. Notwithstanding the presented process simulation analysis supported on state-of-art literature and software, it is of the most importance to investigate new methods that ensure greater precision in determining the main properties for the constitutive models, more specifically in obtaining the permeability of the reinforcements.Campilho, Raul Duarte Salgueiral GomesRepositório Científico do Instituto Politécnico do PortoSilva, João Pedro Ferreira da2022-07-30T00:30:39Z20192019-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.22/14638TID:202279898porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-03-13T12:58:16Zoai:recipp.ipp.pt:10400.22/14638Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T17:34:27.758267Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
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