Dissertation/ Thesis
Mechanically interlocked hybrid joints between aluminium and carbon fibre reinforced polymers for automotive lightweighting
| Τίτλος: | Mechanically interlocked hybrid joints between aluminium and carbon fibre reinforced polymers for automotive lightweighting |
|---|---|
| Συγγραφείς: | Latorre Lázaro, Núria |
| Συνεισφορές: | University/Department: Universitat de Girona. Departament de Física |
| Thesis Advisors: | Casellas Padró, Daniel, Costa i Balanzat, Josep |
| Πηγή: | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Στοιχεία εκδότη: | Universitat de Girona, 2025. |
| Έτος έκδοσης: | 2025 |
| Φυσική περιγραφή: | 262 p. |
| Θεματικοί όροι: | Alumini, Aluminio, Aluminium, Polímers reforçats amb fibra de carboni, Polímeros reforzados con fibra de carbono, CFRP, Junta multimaterial, Unión multimaterial, Multi-material joint, Perforació, Perforación, Punching, Enclavament de punxó d'un sol pas, Enclavamiento de punzones de un solo paso, Single-Step Punch Interlocking, Automoció, Automoción, Automotive, Alleugeriment, Aligeramiento, Lightweighting |
| Περιγραφή: | ENG- Multi-Material Design (MMD) of structural components is an effective strategy to reduce weight in the transportation industry, ultimately aiming to lower environmental impact. The joints between different lightweight materials play thus an important role, as they often represent the weakest part of the structure and influence overall structural efficiency. Nevertheless, conventional technologies for mechanically fastening metals and Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) either involve the drilling of holes in the composite material, which can lead to significant damage, or adding fasteners that increase the part’s weight. Alternative fastening methodologies have been proposed to overcome these drawbacks; however, their high cost, complexity, and long cycle time hinder their adoption in real production environments. Aiming at addressing the previous shortcomings, this thesis presents the development of a new type of joining technology, Single-Step Punch Interlocking (SSPI). The proposed methodology combines aluminium and CFRP in a hybrid joint through a single-step punching process. Uncured layers of CFRP prepreg are laid on top of an aluminium sheet, and the entire assembly is punched with the CFRP side facing the punch. The punching process is stopped when the aluminium sheet is completely cut through, but the carbon fibres are not. Instead, the fibres are pushed through the aluminium hole, creating a mechanical interlock between both counterparts. The composite material is then co-cured on top of the metallic sheet. SSPI joints combine adhesive bonding with mechanical interlocking in a fast, simple and cost-effective way, making it suitable for applications in the automotive industry. Moreover, it minimizes damage to the composite material by avoiding drilling and by forming the joint in an uncured state. Additionally, it eliminates the need for fasteners and removes part of the metallic material, reducing the overall weight of the part |
| Description (Translated): | CAT- El Disseny Multi-Material (MMD) de components estructurals es postula com a una estratègia efectiva per tal de reduir pes en la industria del transport, amb l’objectiu final de disminuir l’impacte ambiental d’aquesta indústria. És aquí on les unions entre materials lleugers dissimilars juguen un paper important, ja que son sovint la part més feble de l’estructura i en determinen, per tant, l’eficiència estructural. No obstant això, les estratègies convencionals per unir mecànicament metalls i Polímers Reforçats amb Fibra de Carboni (CFRP) requereixen o bé de la perforació del material compòsit, fet que pot causar danys significatius a l’estructura, o bé de la incorporació d’elements de fixació que augmenten el pes de l’estructura. Per tal de solventar aquests inconvenients, s’han proposat metodologies d’unió mecànica alternatives, però els seus alt cost, nivell de complexitat i llargs temps de cicle dificulten la seva implementació en entorns de producció reals. Amb l’objectiu d’abordar les mancances anteriors, aquesta tesi presenta el desenvolupament d’un nou tipus de tecnologia d’unió, anomenada Single-Step Punch Interlocking (SSPI). Es tracta d’una metodologia d’unió híbrida entre alumini i CFRP que consisteix en un procés de punxonat d’un sol pas. Capes no curades de preimpregats de fibra de carboni es col·loquen sobre una làmina d’alumini, i el conjunt complert és punxonat amb la cara de CFRP encarada al punxó. El procés de punxonat s’atura quan la làmina d’alumini ha estat completament tallada, però les fibres de carboni no. Enlloc d’això, les fibres son pressionades a través del forat a l’alumini, generant un entrellaçament mecànic entre les dues contraparts. El material compòsit és llavors co-curat sobre la làmina metàl·lica. Aquesta metodologia combina la unió adhesiva amb l’entrellaçament mecànic de manera senzilla, ràpida i econòmica, fent possible la seva aplicació a una indústria tant exigent com l’automotriu. A més a més, minimitza els danys exercits sobre el material compòsit evitant la seva perforació i realitzant la unió en estat cru del preimpregnat. Addicionalment, la metodologia elimina la necessitat d’incorporar elements de subjecció i retira part del material metàl·lic, reduint així encara més el pes total de l’estructura Programa de Doctorat en Tecnologia |
| Τύπος εγγράφου: | Dissertation/Thesis |
| Περιγραφή αρχείου: | application/pdf |
| Γλώσσα: | English |
| Σύνδεσμος πρόσβασης: | http://hdl.handle.net/10803/694869 |
| Rights: | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ |
| Αριθμός Καταχώρησης: | edstdx.10803.694869 |
| Βάση Δεδομένων: | TDX |
| FullText | Text: Availability: 0 CustomLinks: – Url: http://hdl.handle.net/10803/694869# Name: EDS - TDX (ns324271) Category: fullText Text: View record in TDX |
|---|---|
| Header | DbId: edstdx DbLabel: TDX An: edstdx.10803.694869 RelevancyScore: 1406 AccessLevel: 3 PubType: Dissertation/ Thesis PubTypeId: dissertation PreciseRelevancyScore: 1405.68908691406 |
| IllustrationInfo | |
| Items | – Name: Title Label: Title Group: Ti Data: Mechanically interlocked hybrid joints between aluminium and carbon fibre reinforced polymers for automotive lightweighting – Name: Author Label: Authors Group: Au Data: <searchLink fieldCode="AR" term="%22Latorre+Lázaro%2C+Núria%22">Latorre Lázaro, Núria</searchLink> – Name: Author Label: Contributors Group: Au Data: University/Department: Universitat de Girona. Departament de Física – Name: Author Label: Thesis Advisors Group: Au Data: Casellas Padró, Daniel<br />Costa i Balanzat, Josep – Name: TitleSource Label: Source Group: Src Data: TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) – Name: Publisher Label: Publisher Information Group: PubInfo Data: Universitat de Girona, 2025. – Name: DatePubCY Label: Publication Year Group: Date Data: 2025 – Name: PhysDesc Label: Physical Description Group: PhysDesc Data: 262 p. – Name: Subject Label: Subject Terms Group: Su Data: <searchLink fieldCode="DE" term="%22Alumini%22">Alumini</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Aluminio%22">Aluminio</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Aluminium%22">Aluminium</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Polímers+reforçats+amb+fibra+de+carboni%22">Polímers reforçats amb fibra de carboni</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Polímeros+reforzados+con+fibra+de+carbono%22">Polímeros reforzados con fibra de carbono</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22CFRP%22">CFRP</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Junta+multimaterial%22">Junta multimaterial</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Unión+multimaterial%22">Unión multimaterial</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Multi-material+joint%22">Multi-material joint</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Perforació%22">Perforació</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Perforación%22">Perforación</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Punching%22">Punching</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Enclavament+de+punxó+d'un+sol+pas%22">Enclavament de punxó d'un sol pas</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Enclavamiento+de+punzones+de+un+solo+paso%22">Enclavamiento de punzones de un solo paso</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Single-Step+Punch+Interlocking%22">Single-Step Punch Interlocking</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Automoció%22">Automoció</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Automoción%22">Automoción</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Automotive%22">Automotive</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Alleugeriment%22">Alleugeriment</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Aligeramiento%22">Aligeramiento</searchLink><br /><searchLink fieldCode="DE" term="%22Lightweighting%22">Lightweighting</searchLink> – Name: Abstract Label: Description Group: Ab Data: ENG- Multi-Material Design (MMD) of structural components is an effective strategy to reduce weight in the transportation industry, ultimately aiming to lower environmental impact. The joints between different lightweight materials play thus an important role, as they often represent the weakest part of the structure and influence overall structural efficiency. Nevertheless, conventional technologies for mechanically fastening metals and Carbon Fibre Reinforced Polymers (CFRP) either involve the drilling of holes in the composite material, which can lead to significant damage, or adding fasteners that increase the part’s weight. Alternative fastening methodologies have been proposed to overcome these drawbacks; however, their high cost, complexity, and long cycle time hinder their adoption in real production environments. Aiming at addressing the previous shortcomings, this thesis presents the development of a new type of joining technology, Single-Step Punch Interlocking (SSPI). The proposed methodology combines aluminium and CFRP in a hybrid joint through a single-step punching process. Uncured layers of CFRP prepreg are laid on top of an aluminium sheet, and the entire assembly is punched with the CFRP side facing the punch. The punching process is stopped when the aluminium sheet is completely cut through, but the carbon fibres are not. Instead, the fibres are pushed through the aluminium hole, creating a mechanical interlock between both counterparts. The composite material is then co-cured on top of the metallic sheet. SSPI joints combine adhesive bonding with mechanical interlocking in a fast, simple and cost-effective way, making it suitable for applications in the automotive industry. Moreover, it minimizes damage to the composite material by avoiding drilling and by forming the joint in an uncured state. Additionally, it eliminates the need for fasteners and removes part of the metallic material, reducing the overall weight of the part – Name: Abstract Label: Description (Translated) Group: Ab Data: CAT- El Disseny Multi-Material (MMD) de components estructurals es postula com a una estratègia efectiva per tal de reduir pes en la industria del transport, amb l’objectiu final de disminuir l’impacte ambiental d’aquesta indústria. És aquí on les unions entre materials lleugers dissimilars juguen un paper important, ja que son sovint la part més feble de l’estructura i en determinen, per tant, l’eficiència estructural. No obstant això, les estratègies convencionals per unir mecànicament metalls i Polímers Reforçats amb Fibra de Carboni (CFRP) requereixen o bé de la perforació del material compòsit, fet que pot causar danys significatius a l’estructura, o bé de la incorporació d’elements de fixació que augmenten el pes de l’estructura. Per tal de solventar aquests inconvenients, s’han proposat metodologies d’unió mecànica alternatives, però els seus alt cost, nivell de complexitat i llargs temps de cicle dificulten la seva implementació en entorns de producció reals. Amb l’objectiu d’abordar les mancances anteriors, aquesta tesi presenta el desenvolupament d’un nou tipus de tecnologia d’unió, anomenada Single-Step Punch Interlocking (SSPI). Es tracta d’una metodologia d’unió híbrida entre alumini i CFRP que consisteix en un procés de punxonat d’un sol pas. Capes no curades de preimpregats de fibra de carboni es col·loquen sobre una làmina d’alumini, i el conjunt complert és punxonat amb la cara de CFRP encarada al punxó. El procés de punxonat s’atura quan la làmina d’alumini ha estat completament tallada, però les fibres de carboni no. Enlloc d’això, les fibres son pressionades a través del forat a l’alumini, generant un entrellaçament mecànic entre les dues contraparts. El material compòsit és llavors co-curat sobre la làmina metàl·lica. Aquesta metodologia combina la unió adhesiva amb l’entrellaçament mecànic de manera senzilla, ràpida i econòmica, fent possible la seva aplicació a una indústria tant exigent com l’automotriu. A més a més, minimitza els danys exercits sobre el material compòsit evitant la seva perforació i realitzant la unió en estat cru del preimpregnat. Addicionalment, la metodologia elimina la necessitat d’incorporar elements de subjecció i retira part del material metàl·lic, reduint així encara més el pes total de l’estructura<br />Programa de Doctorat en Tecnologia – Name: TypeDocument Label: Document Type Group: TypDoc Data: Dissertation/Thesis – Name: Format Label: File Description Group: SrcInfo Data: application/pdf – Name: Language Label: Language Group: Lang Data: English – Name: URL Label: Access URL Group: URL Data: <link linkTarget="URL" linkTerm="http://hdl.handle.net/10803/694869" linkWindow="_blank">http://hdl.handle.net/10803/694869</link> – Name: Copyright Label: Rights Group: Cpyrght Data: L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ – Name: AN Label: Accession Number Group: ID Data: edstdx.10803.694869 |
| PLink | https://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edstdx&AN=edstdx.10803.694869 |
| RecordInfo | BibRecord: BibEntity: Languages: – Text: English PhysicalDescription: Pagination: PageCount: 262 Subjects: – SubjectFull: Alumini Type: general – SubjectFull: Aluminio Type: general – SubjectFull: Aluminium Type: general – SubjectFull: Polímers reforçats amb fibra de carboni Type: general – SubjectFull: Polímeros reforzados con fibra de carbono Type: general – SubjectFull: CFRP Type: general – SubjectFull: Junta multimaterial Type: general – SubjectFull: Unión multimaterial Type: general – SubjectFull: Multi-material joint Type: general – SubjectFull: Perforació Type: general – SubjectFull: Perforación Type: general – SubjectFull: Punching Type: general – SubjectFull: Enclavament de punxó d'un sol pas Type: general – SubjectFull: Enclavamiento de punzones de un solo paso Type: general – SubjectFull: Single-Step Punch Interlocking Type: general – SubjectFull: Automoció Type: general – SubjectFull: Automoción Type: general – SubjectFull: Automotive Type: general – SubjectFull: Alleugeriment Type: general – SubjectFull: Aligeramiento Type: general – SubjectFull: Lightweighting Type: general Titles: – TitleFull: Mechanically interlocked hybrid joints between aluminium and carbon fibre reinforced polymers for automotive lightweighting Type: main BibRelationships: HasContributorRelationships: – PersonEntity: Name: NameFull: Latorre Lázaro, Núria IsPartOfRelationships: – BibEntity: Dates: – D: 27 M: 05 Type: published Y: 2025 |
| ResultId | 1 |