‘EID’

DYNACOMP. Training the next generation of composite engineers in the era of virtual testing.

The use of polymer based composite materials in aircraft structures has increased dramatically in the last decades and today they represent up to 50% in weight (Airbus A350 and Boeing B787 Dreamliner aircrafts) for wings, fuselage sections and tail surfaces. The driving force for the introduction of these materials in transport has been their contribution to weight reduction and fuel consumption savings, while offering outstanding mechanical properties. However, the use of composite materials in other parts of the planes that could benefit from the low weight, such as the fan blades of engines and/or nacelles, is progressing more slowly. This is partly because, even though some composite materials have shown a good response against strike incidents (bird or ice impact), experts do not yet fully understand why.

Understanding this dynamic behaviour is key for the incorporation of advanced composites in engines such as the Rolls Royce UltraFan™ concept. This engine “could be ready for service from 2025 and will offer at least 25 per cent improvement in fuel burn and emissions against the same baseline[1]. This dramatic increase in performance is expected to be achieved, amongst others, by the replacement of traditional metallic alloys by means of lighter composites. Carbon-titanium blades are one example of the novel components this engine will make use of.

The DYNACOM European Industrial Doctorate, a research endeavor funded by the Marie Skłodowska-Curie actions, aims at achieving the necessary knowledge on the dynamic behavior of composite materials, while contributing to building a new design paradigm in composite materials. The new design paradigm will accelerate the introduction of new composite materials in aeronautical parts that require a good dynamic behavior, such as the fan blades of the engine. As a matter of fact, the traditional trial and error approach currently used in the design of new aeronautical structural parts, requires a vast and expensive experimental testing campaign at coupon, component and (finally) structure level (see the figure below). DYNACOMP aims at reducing the cost and time-to-market associated to this pyramidal testing campaign by adding a bottom level (see the figure below), based on a virtual testing strategy, following a multiscale simulation approach and supported by a reduced and cheap set of mechanical tests at the micro-scale.

In order to achieve this ambitious goal, the DYNACOMP network will offer two Early Stage Researchers (ESRs) a comprehensive training programme with the objective of establishing the new design paradigm introduced in the previous paragraph. Andrea Trevisi and Maria Azzurra, Master’s degree in Materials Engineering by the University of Salento in Italy, are the two ESRs selected to carry out this project (starting in January 2017). Their work will be closely guided and supervised by renewed scientist in multiple disciplines: IMDEA Materials Institute (experts in micro-mechanics and modelling, leading the scientific direction of the project), HEXCEL (a global producer of advanced composites, end user) and Micro Materials (manufacturer of nanomechanical instruments). The quality of the training programme the ESRs will receive along the project will be monitored by Madri+d foundation and by the Technical University of Madrid.

The long-term goal of the DYNACOM project is to stablish a Doctorate programme on the dynamic behaviour of composite materials so that the next generation of composite engineers in the era of virtual testing are incorporated into the labour market.

Test pyramid currently used in aeronautics for the introduction of new materials in structural components. The bottom level represents the novel design paradigm proposed by the DYNACOMP project.

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DYNACOMP. Formando a la nueva generación de ingenieros de materiales compuestos en la era del ensayo virtual.

El uso de materiales compuestos basados en polímeros en estructuras aeronáuticas se ha incrementado muy notablemente en las últimas décadas. Hoy en día representan hasta el 50% del peso en las alas, secciones de fuselaje y superficies de cola (modelos Airbus A350 y Boeing B787). Estos materiales han sido introducidos en el sector del transporte por el ahorro de peso y combustible que suponen, así como por su excelente comportamiento mecánico. No obstante, el uso de los materiales compuestos en otros componentes, como las palas de los motores o las góndolas que los recubren (que también podrían beneficiarse de estas ventajas), no ha progresado tan rápidamente. Uno de los motivos de este hecho es que los expertos no comprenden perfectamente porque algunos de estos materiales responden bien frente a determinados impactos (por ejemplo, los originados por aves o por fragmentos de hielo).

Lograr entender este comportamiento dinámico es clave para la incorporación de los materiales compuestos avanzados en motores como el Rolls Royce UltraFan™. Este concepto “podría estar en servicio a partir del año 2025 y ofrecerá al menos un 25 % de mejora en el consumo de combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero respecto a la misma línea base[1]. Este incremento tan notable en el rendimiento se espera lograr, entre otras cosas, mediante el reemplazo de aleaciones metálicas tradicionales por materiales compuestos más ligeros. Un ejemplo son las palas de carbono-titanio que utilizará este nuevo motor.

El Doctorado Europeo Industrial DYNACOMP, financiado por las acciones Marie Skłodowska-Curie, es un esfuerzo de investigación en este sentido. Su meta a largo plazo es establecer un programa de Doctorado en el comportamiento dinámico de materiales compuestos capaz de incorporar en el mercado laboral a la nueva generación de ingenieros en una era gobernada por el ensayo virtual. Para ello, DYNACOMP desarrollará el conocimiento necesario para entender completamente el comportamiento dinámico los de materiales compuestos, y de esta forma proporcionará un nuevo paradigma de diseño a la industria. Esta nueva forma de trabajar acelerará el ritmo de introducción de nuevos materiales compuestos en componentes aeronáuticos como las palas híbridas mencionadas anteriormente. De hecho, el método de prueba y error utilizado en la actualidad por los diseñadores e ingenieros requiere una extensísima y cara campaña de ensayos a nivel de cupón, componente y estructura (véase la imagen inferior). El proyecto DYNACOMP propone reducir el coste y tiempo asociado a esta pirámide de ensayos mediante la inclusión de una etapa inicial (la base de la pirámide en la figura inferior) basada en una estrategia de ensayo virtual: una modelización multiescala apoyada en unos pocos y económicos ensayos mecánicos en la micro- escala.

Para alcanzar esta ambiciosa meta, la red DYNACOMP ofrecerá un completo programa de formación a dos investigadores pre-Doctorales (Andrea Trevisi y Maria Azzurra, Ingenieros de Materiales por la Universidad de Salento en Italia). Su trabajo, que comenzará en enero de 2017, estará supervisado de cerca por investigadores de reconocido prestigio en múltiples disciplinas pertenecientes a: el Instituto IMDEA Materiales (expertos en micro-mecánica y modelización), HEXCEL (productor global de materiales compuestos avanzados; usuario final) y Micro Materials (fabricantes de instrumentación nano y micro-mecánica). La calidad del programa de formación que Andrea y María recibirán a lo largo del proyecto será controlada por la Fundación Madri+d y por la Universidad Politécnica de Madrid.

 

Pirámide de ensayos actualmente utilizada en aeronáutica para la introducción de nuevos materiales en componentes estructurales. El nivel inferior representa el nuevo paradigma de diseño propuesto por el proyecto DYNACOMP.

 

 

[1] http://www.rolls-royce.com/products-and-services/civil-aerospace/products/future-products/ultrafan.aspx

 

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4 Early Stage Researcher Positions. European Industrial Doctorate CardioFunXion

CardioFunXion provides a platform for industrial-clinical-academic collaboration and will be an example of future partnerships in more efficient and auditable clinical image interpretation tools. All partners bring specific expertise: either they produce workstations (PHILIPS), use them (IDIBAPS, CHUC) or contribute to algorithms to be incorporated into them (UPF). By organising and accelerating exchange of knowledge, experience and tools between the different actors, CardioFunXion will consolidate sustainable partnerships. The project will give early-stage researchers (ESRs) the opportunity to be exceptionally well-placed to become key future contributors to the development of advanced imaging techniques for the assessment of cardiovascular disorders, equipping them with multidisciplinary state-of-the-art skills plus awareness and experience in commercial development, contributing to European scientific and commercial capabilities in an area where technological, scientific and clinical developments are very closely linked.

The program is led by:

  • Universitat Pompeu Fabra (PhySense Group: Sensing in Physiology and Biomedicine, Department of Information and Communication Technologies) in Barcelona
  • Philip Research France, Medysis.
  • The Institut de Investigacions Biomediques Agusti Pi i Sunyer (IDIBAPS) in Barcelona and the Centre Hospitalier et Universitaire de Caen are the associated clinical partner. They provide a full immersion in a clinical environment, offering the possibility to understand practical challenges behind problems they are tackling.

Marie Sklodowska-Curie European Industrial Doctorate CardioFunXion: Towards a novel paradigm for cardiac function announces 4 PhD fellowships starting end of 2015. PhD students will be supervised by PIs from UPF and Philips (spending 50% of the time in each), and include the collaboration with the two clinical centers involved

Projects:

  • Longitudinal assessment of cardiac function
  • Fusion of heterogeneous measurements into a physiological plausible patient representation
  • Open reference databases and tools for the multimodal validation of strain
  • Novel approach for evidence based classification of heart failure etiologies

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