Flexible composite frames for morphing structural skins

Corrugated composites are proven to have an extreme anisotropic behaviour. Their low stiffness in the direction transverse to corrugation endows them with compliant properties for morphing purposes. In this work corrugated composites are considered as flexible frames for a chordwise morphing skin with elastomeric cover. New corrugation-based geometries with the same functionality are conceived and an automated procedure is developed to generate and evaluate the numerical models of frame units. Their chordwise axial and flexural stiffness as a function of their geometrical parameters is considered. In parallel to the functional properties, structural performances are evaluated for all frame families. Nominal shear stiffness per unit mass and critical load per unit mass for spanwise eulerian buckling are calculated. A complete database of these functional and structural indexes is created in order to generate the corresponding response surfaces. The response surfaces are visualized and evaluated in order to find out the behaviour of the indexes depending on the geometric parameters. The new conceived frame families show diversified and promising characteristics. Moreover, a complete morphing skin based on a corrugated composite frame with elastomeric cover is produced. The manufacturing process is described in detail and the specimens are subjected to tensile test and the results compared to equivalent numerical models. The non bonded honeycomb based solution proposed shows a good potential and a behaviour close to the numerical prediction.

I compositi corrugati hanno dimostrato di possedere caratteristiche di forte anisotropia. La bassa rigidezza favorita dalla geometria nella direzione della corrugazione li rende adatti a subire variazioni di forma. Nel presente lavoro i compositi corrugati vengono utilizzati come supporti flessibili per una pelle aeronautica in elastomero con capacità di variazione di forma in corda. Nuove geometrie basate sul corrugato sono state ideate per presentare le stesse caratteristiche funzionali. Una procedura automatizzata per la generazione e la valutazione dei modelli numerici dei supporti è stata implementata. Sono state tenute in considerazione la rigidezza assiale e flessionale in corda in funzione dei parametri geometrici che identificano i supporti. Parallelamente alle proprietà funzionali, si sono valutate alcune prestazioni strutturali come la rigidezza nominale a taglio per unità di massa e il carico critico euleriano a compressione per unità di massa in direzione dell'apertura. Una banca dati è stata creata con questi indici funzionali e strutturali per poter generare le relative superfici di risposta. Queste sono visualizzate e valutate allo scopo di estrapolarne il comportamento degli indici considerati in funzione dei parametri geometrici. Le nuove geometrie concepite dimostrano caratteristiche diversificate e promettenti in ottica morphing. Inoltre si è realizzata una pelle completa con copertura elastomerica e capacità di variazione di forma supportata da un composito corrugato. Il processo di fabbricazione è stato descritto in dettaglio e i provini realizzati sono stati sottoposti a prove di trazione. I risultati delle prove sperimentali sono stati confrontati con quelli delle analisi numeriche. La soluzione che prevede l'utilizzo di honeycomb per sostenere l'elastomero dove il corrugato non fornisce un appoggio continuo, mostra risultati promettenti e conferma la bontà del modello numerico utilizzato.