Out-of-Autoclave (OOA) manufacturing answers the growing need of the aerospace industry to process components of larger sizes at reduced costs. Recent prepreg materials have been developed specifically for OOA manufacturing and feature increased in-plane permeability through the presence of dry-fibre paths for efficient evacuation of gases. However, the differences in impregnation and resin kinetics attributed to OOA prepregs with respect to autoclave prepregs may affect the compaction behaviour in complex shape laminates. This thesis presents the results of an investigation of important design and processing parameters on the quality of complex shape laminates manufactured by OOA methods.L-shape composite laminates were manufactured by OOA methods, following the recommendations documented in the literature. The samples were tested for thickness variation at the corner and void content levels. The thickness variation at the corner was characterised based on the radius-to-thickness ratio for Cytec Cycom 5320 PW and 8HS prepregs with concave and convex tools. The experimental study showed increased corner thickening with decreasing radius-to-thickness ratio for both tool shapes. The data can be used to determine the minimal radius-to-thickness ratio for acceptable thickness variation for each material and serve as a design guideline. An analytical model of the compaction of L-shape laminates was developed. The discrepancies between the experimental data and the model predictions for thickness variation at the corner highlight the importance of shearing mechanisms in the compaction of L-shape laminates. Also, from the experimental investigation of various bagging arrangements, it is observed that the compaction at the corner is improved with the use of a pressure intensifier or pressure strip with proper corner radius. In addition, breather material should be placed under the pressure intensifier to allow efficient air removal and maintain a low void content level. A numerical analysis of the compaction of a laminate over a concave tool was performed and demonstrated that the material of the pressure intensifier or pressure strip should be of high stiffness for efficient laminate compaction. / L'industrie aérospatiale recherche davantage à fabriquer des pièces en matériaux composites de plus grandes dimensions. Ceci peut être accompli à plus faibles coûts par le procédé de fabrication hors-autoclave. Les matériaux pré-imprégnés utilisés pour ce procédé sont semi-imprégnés et donc, dotés d'une section de fibres sèches qui permet l'évacuation des bulles d'air et de gas avant la consolidation du laminé et la polymérisation de la résine. Cependant, le comportement en compaction de ces matériaux sur des moules complexes peut être très différent de celui des matériaux pré-imprégnés pour autoclave, vu le plus faible niveau d'imprégnation et une différente cinétique de réaction de la résine. Cet ouvrage présente les résultats de l'étude de la qualité de pièces complexes fabriquées par le procédé hors-autoclave. L'influence du rayon au coin, de l'épaisseur du laminé ainsi que de la configuration du sac à vide sur l'uniformité de l'épaisseur et le taux de porosité a été étudiée.Des pièces en forme de « L » ont été fabriquées en suivant la méthodologie et les recommendations pour la fabrication hors-autoclave décrites dans la litérature. La variation de l'épaisseur au coin et le taux de porosité ont été mesurés pour chacun des échantillons. La variation de l'épaisseur a été caractérisée en fonction du rapport entre le rayon au coin et l'épaisseur du laminé (R/t), ceci pour deux pré-imprégnés et des moules convexe et concave. Les résutats démontrent une augmentation de la variation de l'épaisseur pour une diminution du rapport R/t. À partir des résultats, pour chaque matériau et pour des fins de conception, il est possible de déterminer le rapport R/t minimum pour une variation de l'épaisseur acceptable. Un modèle analytique de la compaction d'un laminé sur un moule de forme complexe a été dévelopé. La comparaison du modèle avec les résultats expérimentaux permet d'affirmer que les contraintes en cisaillement jouent un rôle important dans la compaction de laminés sur moules complexes. Aussi, l'effet de la configuration du sac à vide et de l'utilisation d'un contre-moule de polymère sur la variation de l'épaisseur et du taux de vide ont été étudiés. Il est observé que le contre-moule augmente la compaction au coin et réduit la variation de l'épaisseur. De plus, pour permettre l'évacuation efficace de l'air, il est important de placer du tissu de drainage sous le contre-moule. Également, l'analyse numérique de la compaction d'un laminé sur un moule convexe a démontré que l'épaisseur est plus uniforme pour un contre-moule de rigidité élevée.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.97254 |
| Date | January 2011 |
| Creators | Brillant, Mélanie |
| Contributors | Pascal Hubert (Internal/Supervisor) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Engineering (Department of Mechanical Engineering) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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