An investigation on the replacement of bonded with bolted omega stringers on A350 fuselage panels

The A350 XWB (eXtra Wide Body) is the first Airbus aircraft whose fuselage is mostly realised in composite materials. Different defects can arise during the manufacturing of the omega stringers bonded to the skin, due to technological issues. This is particularly true for the section positioned behind the rear pressure bulkhead, as stringers and the entire skin are produced in a single autoclave cycle. In this region, affected stringers must be replaced with new bolted stringers. The purpose of this thesis is to investigate the effects of the replacement at the stringers run-out, particularly for the bolted joints connecting the adjacent fuselage section. The study is performed through an existing Detailed Finite Element Model (DFEM) of the area, appropriately modified to meet the needs of the investigation. Internal loads are recovered and their distribution in the proximity of bolted joints is discussed, for the nominal and the stringer replacement configuration. Reserve factors for the same joints are calculated using a dedicated method. The results are discussed to investigate different effects of stringer replacement as well as the feasibility of the reparation for most critical areas. As a second goal, the investigation aims at assessing the limits of the 1D FEM method used in Airbus for stringer replacement analysis. Modelling choices commonly used are checked and modified to better describe the studied area. Reliability of the method is then studied, comparing quantitative effects on joints RFs with the ones obtained from DFEM.

L'A350 XWB (eXtra Wide Body) il primo velivolo, progettato dal costruttore europeo Airbus, la cui fusoliera è realizzata principalmente in materiali compositi. Durante la fabbricazione dei correnti ad "omega", incollati sulla pelle, diversi difetti strutturali possono insorgere, a causa della complessità dei processi tecnologici utilizzati. Questi difetti si riscontrano con più facilità per la sezione posizionata posteriormente alla paratia di pressione, per la quale i correnti e l'intera pelle sono realizzati in unico ciclo di autoclave. In questa regione, i correnti difettati devono essere sostituti con nuovi correnti integri, i quali vengono bullonati alla pelle. Lo scopo di questa tesi è la valutazione, dal punto di vista strutturale, degli effetti generati da questa sostituzione in corrispondenza della zona finale dei correnti. Particolare attenzione è posta alle giunzioni bullonate che collegano la sezione anteriore. Lo studio è svolto utilizzando un modello ad Elementi Finiti dell'area studiata (DFEM), opportunamente modificato per soddisfare le esigenze dell'indagine. Gli sforzi interni, ottenuti dalle analisi, sono discussi sia per la configurazione nominale sia per quella ottenuta sostituendo un corrente. I margini di sicurezza per gli stessi bulloni sono calcolati utilizzando un metodo dedicato. I valori ottenuti sono confrontati con l'obiettivo di individuare i possibili effetti indotti dalla sostituzione e la fattibilità della riparazione nelle zone più critiche. Come secondo obiettivo, la tesi mira a verificare i limiti di un metodo, basato su un modello monodimensionale ad Elementi Finiti, usato in Airbus per analizzare la sostituzione di un corrente. Le scelte di modellazione comunemente usate sono discusse e modificate per ottenere una descrizione più fedele dell'area studiata. L'affidabilità del metodo è infine analizzata, confrontando i risultati ottenuti nella valutazione dei margini di sicurezza con quelli ottenuti dalla DFEM.