Strength analysis of scarf-repaired composite laminates

Abstract

Como trabajo principal en este proyecto se desarrolla una herramienta automatizada de generación de modelos de elementos finitos llamada MPSS. Estos modelos están diseñados para su simulación en un programa de elementos finitos llamado ABAQUS. Estos modelos simulan la reparación de una lámina mediante el método de step scarf repair. Este método de reparación es habitualmente usado en las palas de los aerogeneradores que han sido dañadas. Además, se ha creado una interfaz gráfica de usuario (GUI) del algoritmo creado. El fin del programa creado es ayudar a diseñar este tipo de reparaciones y optimizarlas sin tener que rediseñarlas manualmente ahorrando así tiempo y dinero. Además, en este proyecto se realiza un análisis de la resistencia de distintas láminas de material compuesto una vez reparadas. El material del que están hechas las láminas es fibra de vidrio. Las láminas analizadas están hechas de distintas capas de fibras con diferentes direcciones, más concretamente, UD y BIAX. Este estudio por elementos finitos tiene dos objetivos: ser un ejemplo de la utilidad del programa, y servir como estudio del proceso de fallo de las láminas analizadas. En el artículo se investiga cómo los parámetros geométricos y las propiedades de los materiales que afectan a la calidad de la reparación. Por último, los resultados de las simulaciones han sido validados con los datos experimentales existentes.

As main work in this project, an automated finite element model generation tool called MPSS is developed. These models are designed to be simulated in a finite element program called ABAQUS. These models simulate the repair of a laminate using the step scarf repair method. This repair method is commonly used on damaged wind turbine blades. In addition, a graphical user interface (GUI) of the created algorithm has been created. The purpose of the program is to help design this type of repair, and optimize it without having to manually redesign it every iteration, thus saving time and money. In addition, in this project an analysis of the resistance of different laminates of composite material once repaired is carried out. The material from which the sheets are made is fiberglass. The analyzed laminates are made of different layers of fibers with different directions, more specifically, UD and BIAX. This study by finite elements has two objectives: to be an example of the usefulness of the program, and to serve as a study of the failure process of the analyzed sheets. An study on how geometric parameters and material properties affect repair quality has been carried out. Finally, the results of the simulations have been validated with existing experimental data.