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
Cost modeling of automated composite patching
KTH, School of Engineering Sciences (SCI), Aeronautical and Vehicle Engineering, Lightweight Structures.
2018 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesis
Abstract [en]

In this thesis a new manufacturing method for reinforcing metal beams with composite patches is investigated for potential cost savings and manufacturing efficiency compared to traditional methods of making composite patches. The goal is to be able to replace existing steel patches in car structures with carbon fiber reinforced plastic at a cost of less than 10€ per saved kg of weight. The new manufacturing method consists of an industrial robot automatically laying the either dry or prepreg composite patch and then having the patch placed on the steel beam while in a hydraulic press mold. Curing of the thermoset resin is accomplished by using the residual heat left over from the press hardening of the metal beam which makes a post curing step redundant and thereby saving production time and extra tooling costs. A cost model was built in MATLAB and then ported to a Python 2.7 GUI. The cost model optimizes the fiber layup of the composite patch in order to find the patch dimensions and properties that matches the desired bending stiffness with the least use of composite material. The optimized layup is then used as basis for a cost comparison of a composite and steel patch as function of annual manufacturing volume. It was found that when striving for solely for bending stiffness, cost figures of less than 10€ per saved kg of weight was possible, and that the fiber placement speed had a noticeable impact on the final cost of the patch. Patch dimensions also affect the cost per saved kg of weight, where higher cost efficiency is had with larger patches.

Abstract [sv]

I detta examensarbete så undersöks en ny tillverkningsmetod av kompositpatchar till stålbalkar inom bilindustrin. Tillverkningsmetoden jämförs med tidigare etablerade metoder för patchning, och en kostnadsmodell utvecklas som möjliggör en kvantivativ kostnadsanalys. Målet är att kunna ersätta stålpatchar med patchar gjorda av kolfiber för en extra kostnad som är mindre än 10€ per sparat kg av strukturell vikt. Den nya tillverkningsmetode består av att en industriell robot automatiskt placerar antingen torra eller impregnerade kolfibrer i önskad riktning och antal lager i en separat station, för att sedan flytta den nylagda patchen på den stålbalk som ska förstärkas som befinner sig i en hydraulisk press. Stålbalken har i detta stadium betydande överskottsvärme från presshärdningsprocessen, och denna värme härdar hartsen i kompositpatchen. Detta gör att det normalt nödvändiga efterhärdningssteget kan undvikas vilket i sin tur sparar tid och kostnad i tillverkningen. En kostnadsmodell konstruerades i MATLAB och fördes senare över till Python 2.7 med ett grafiskt användargränssnitt. Kostnadsmodellen gör en hållfasthetsoptimering som minimerar materialåtgången i kompositpatchen för en given böjstyvhet. Fiberupplägget från denna optimering används sen som underlag för beräkning av material- och tillverkningskostnader som funktion av årlig tillverkningsvolym. Om optimeringen enbart tar hänsyn till böjstyvhet så var kostnadssiffror mindre än 10€ per sparat kg möjliga, och hastigheten vid fiberplaceringen hade en betydlig inverkan på den slutgiltiga kostnaden. Måtten på kompositpatchen spelade även en avgörande roll, där högre kostnadseffektivitet fås för större patcher.

Place, publisher, year, edition, pages
2018. , p. 66
Series
TRITA-SCI-GRU ; 2018:404
National Category
Vehicle Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-244021OAI: oai:DiVA.org:kth-244021DiVA, id: diva2:1288452
Examiners
Available from: 2019-02-18 Created: 2019-02-13 Last updated: 2019-02-18Bibliographically approved

Open Access in DiVA

No full text in DiVA

By organisation
Lightweight Structures
Vehicle Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 61 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