Development of prediction techniques for the forming of fiber reinforced composite

En la industria del automóvil, donde se concentra la investigación de nuestra empresa colaboradora LG Hausys, se ha introducido el uso de materiales compuestos en vehículos de alto gama debido a sus excepcionales propiedades mecánicas y su ligereza, pero también porque el alto precio de estos modelos permite el uso de dichos materiales. Sin embargo, a medida que las técnicas de fabricación se desarrollán, es razonable pensar que en un futuro cercano estos materiales podrían ser implementados en coches de media y baja gama.

En este sentido, LG Hausys está realizando grandes esfuerzos para estudiar la viabilidad de uso de compuestos de fibra de carbono para la fabricación en masa de componentes estructurales de automóviles. Al considerar los métodos actuales de fabricación, un problema derivado del proceso son las llamadas tensiones residuales. Estas tensiones residuales, consecuencia de la compleja naturaleza de los compuestos de fibra, tienen efectos en la aparición de distorsiones en la forma final del material y alteran el nivel de tensión interna de la pieza durante su vida útil. Por lo tanto, conocer de antemano las consecuencias de un diseño en el momento del conformado se convierte en un factor crucial para el uso eficaz de los materiales compuestos.

Esta investigación pretende desarrollar los métodos que permiten reducir los costes de fabricación manteniendo al mismo tiempo las propiedades mecánicas y las tolerancias geométricas deseadas. Centrándose en la etapa de fabricación de conformado, este proyecto introduce las tres etapas que se han seguido para obtener el conjunto de técnicas que permiten predecir de cerca el comportamiento de un material FRC durante el proceso. Estas predicciones servirán para detectar de antemano los fallos de drapeo y proponer finalmente un diseño factible para la pieza de un coche.

In the automobile industry, where our partner company LG Hausys research is concentrated, the use of composite materials has been introduced in high performance cars due to their exceptional mechanical properties and lightweight nature, but also because the high prize of these models allows for the costly usage of such materials. Nevertheless, as manufacture technics keep developing it is reasonable to think that in a near future these materials could be implemented in average cars.

In this sense, LG Hausys is making huge efforts in studying the feasibility of using Carbon fiber/epoxy composites for structural car members mass manufacturing. When considering the current methods for manufacture, an issue derived from the process are the called residual stresses. These residual stresses, result of the complex nature of fiber/matrix composites, have effects in shape distortions and alter the internal stress level of the composite part during its service life. Thus, knowing in advance the disadvantageous consequences of a design when forming becomes crucial if composites are to be used effectively.

This research intends to develop the methods by which manufacturing costs can be reduced while maintaining the desired mechanical properties and geometrical tolerances. Focusing on the forming stage of manufacturing, this project introduces the three stages that were proposed to obtain a set of technics to closely predict the behaviour of an FRC during the process. These predictions would then be used to detect drapability failures in advance and to finally propose a feasible design for a car member.