Towards certification by analysis of thermoplastic composites for aircraft structures: an integrated experimental and computational approach

Abstract

In the present thesis, several novel integrated testing and numerical methodologies are devel-oped towards the certification of new thermoplastic composite systems used in primary aero-space structural applications, through the building block approach, reinforcing the need of research community and industries for certification by analysis procedures. The ultimate goal is the partial replacement of the costly and extensive tests, with fast and efficient numerical sim-lations, reducing the complexity of the design process, the costs and the time, through the scaling down of larger components to simpler tests and partial prediction from numerical ap-proaches such as Finite Element Modelling. Moreover, the previous years, thermoset composites dominated the aerospace composite structural design concepts since there was a lack of effective manufacturing processes for thermoplastic composites (high processing temperatures, tough matrix etc.). Experimental tech-niques/standards, material models and failure criteria were developed according to known thermoset material systems, without accounting the specialties of thermoplastic composites, such as the high stiffness/strength/fracture toughness and matrix plastic behaviour. Through the present novel design process, several remarks are stated towards these discrepancies. More specifically, the novel thermoplastic composite material system TC1225 developed by TORAY, which constitutes from T700S high strength carbon fibers and the recently developed LMPAEK matrix, undergoes extensive and numerous mechanical, fracture, impact, dynamic and thermal characterization and it is used as part of larger sub-structures (bolted/adhesive joints) undergoing compression loads, towards the design, analysis and verification of a large scale multistiffened fuselage panel. The experimental part is constantly supported by Finite Element Analysis, with fast and accurate models that follow a specific methodology developed for the purpose of this study, utilizing continuum shell elements to prescribe composites since they take into consideration out of plane calculations in comparison to conventional shell elements and have lower demands for elements number through the thickness than solids, cohesive surfaces to enable delamination/debonding schemes and Hashin failure criterion for damage mapping and for validity survey towards the thermoplastic composite failure scheme. In several cases, both 2D and 3D models are created for benchmark, examining also different solvers singularities. Mesh convergence studies are achieved efficiently for all models.The comparison between experimental numerical and analytical (if used) is achieved through common measurement systems such as strain gages, extensometers and machine loadcell, whereas innovative Non Destructive Inspection methods are employed, such as ultrasound check (C-SCAN) for manufacturing induced flaws detection and interlaminar damage mapping (delamination), 3D optical measurements (3D DIC) for displacement field and buckling modes extraction and finally Acoustic Emission technique (AE) for real time damage monitoring. First, a test plan is settled for material qualification with methodologies and standards that have been developed at Applied Mechanics Laboratory (AML). Delivered and manufactured plates/structures are subjected to quality control through C-SCAN and corresponding test jigs are designed and manufactured. For material characterization process, stiffness and damage values are extracted for longitudinal and transverse tension and compression, shear via off axis tension, whilst the coefficient of thermal expansion is calculated through dynamic mechanical analysis through the comparison of the expansion of known specimen (aluminum). Then, the interlaminar properties and cohesive modelling update are defined through fracture tests under Mode I and II crack propagation schemes. As a premature validation of the qualification process, the upper-level test of impact and compression after impact is taking place to quantify the residual strength of the TC1225 after impact and the induced delamination. All derived properties are statistically defined under B-basis analysis with normal distribution assumption, mean and CV expressions. The last step of the qualification process is the validation of the material characterization process through comparison of the present extracted properties to the manufacturer’s findings. At the 2nd part of the thesis, where the element level is examined, the TC1225 system is thoroughly surveyed as a load-bearing structural component in bolted/pinned joints simulating larger structures responses. The joint’s strength is investigated under bearing failure and pull through loads (in plane tensile, out of plane tensile). The inspiration for this type of study comes from the existence of pinned joints connecting the transverse frame and the skin at the large fuselage panel, as was selected during the panel’s geometry definition [1]. The exceptional properties of TC1225 are remarked due to the material’s high resistance against these types of loadings and the resulting pin failure in the second case. Additionally, out of plane strength in bolted joints is a very important design parameter but generally neglected. The test jig needs further elaboration for the proper damage mode extraction, which is settled with an iterative optimal design assisted by Finite Elements. The predicted and finally observed failure was the pin thread de-attachment which cannot be foreseen by common FE methodologies, which utilize a merged pin body to collar geometry. In the present work, several FE methodologies are proposed to better capture the complex out of plane phenomena, employing also smart assumptions for different types of interfaces (interlaminar property variation depending on fiber architecture) and inelastic considerations (discrepancies between tensile and compression loadings). Additionally, to numerical findings, closed form solutions are employed in this level of analysis for further validation. The fist analytic solution can predict the initial stiffness of the bearing experiment, and the second solution describes the initiation of the plastic region of pull through experiment. Then, an already established comprehensive analytical modelling of pull through response of bolted joint is capturing the experiment’s response through a 3-spring system of equations simulating the composite plate, the pin and the coherence between them. Two key-enhancement points are proposed through the utilization of 1st Shear Deformation Theory and the Plastic behavior of the metallic pin to improve the closed from approach resulting in better capturing of the complex out of plane phenomena. On the same level of analysis, and on the 3rd Chapter of this thesis, dissimilar adhesive joints between TPCs and TSCs are investigated for load bearing capabilities under Mode I and II crack propagation tests and fracture toughness property extraction. This work is inspired by the selection of FM300k epoxy adhesive film for secondary bonding process between TPC skin and TSC longitudinal stiffener (977-2) of the large fuselage panel. The outcome of this study is that the selected joint led to a brittle fracture scheme, with sudden major crack propagations (stick-slip phenomenon). Furthermore, the calibrated traction-separation law parameters are found to enable the debonding failure mechanisms modelling ability in panel and component level tests.On top of that, the TC1225 (Group A) and the dissimilar adhesive joints (Group B) undergo extensive survey of the effect of strain rates in the fracture toughness property, through the Wedge Insert Fracture Method (WIF). This method is utilized on a custom air-gun set-up which uses an accelerated projectile to insert a 60° angled wedge into the Double Cantilever Beam (DCB) specimen and propagate the crack under dynamic Mode I scheme (high speed impact). Several data reduction schemes are used for benchmark studies of the Energy Release Rate property, including static and dynamic closed form solutions to prescribe the response of DCB specimen under high-speed testing. In both material groups, the fracture toughness is found to be raised under high displacements rates which is also observed in epoxy matrices. This instant raise is connected to some local inertia phenomena and the “closing” vibrational mode of the beam which delay crack propagation. On the 4th and last chapter, the integrated testing and simulation design methodology is com-pleted with the execution of 3rd and 4th level of analysis, which are the component and panel level. On the component level, two tests are taking place in a compression scheme to survey the substructure’s performance in aspects of strength, debonding mapping, response, displacement field, buckling modes and damage evolution, the T1 skin to stiffener joint and the T2 skin to stiffener and frame joint. For the second test, the effect of mousehole and the pin interaction are also studied. Two NDT techniques are employed to enhance the test findings, the 3D DIC which enables the displacement field mapping through the time and the AE which monitors the damage propagation of the various phenomena occur during the experiments. Two novel image processing algorithms and corresponding error indicators are proposed for straight comparison of FEM results to DIC fields and AE data. The first algorithm compares each displacement field through 1:1 pixel comparison after image resizing, using the same colourmap and scale. The second one identifies the damaged areas of the FE results and applies normalization to define a damage density quantity. The comparison between this numerical result variable is achieved with the normalized AE hits for the specific damage mode after clustering. For this reason, several acoustic emission considerations during characterization and com-ponent level tests is achieved, utilizing machine learning algorithms, such as k-means and Gaussian Mixture Model (GMM) to group the emitted data to corresponding damage modes, taking into consideration several AE aspects, such as the amplitude, the frequency, the energy and etc. The component level FE models are carried out using both static and explicit solvers to survey the differences and discuss the trade-offs between various modelling outcome aspects such as the P-d response, the displacement field, the damage indices, debonding, buckling initiation and shapes. Explicit scheme was led easier to convergence and capturing of the debonding mechanism with the present methodology, whereas static model better simulate the P-d response. Finally, the final large scale fuselage panel is tested at the Laboratory of Strength and Materials (LTSM) under compression and internal pressure with the test rig to have been designed in-house (LTSM). Although the experimental part and validation of the panel is being achieved by LTSM, the present methodologies are utilized for simulating the behaviour of the panel. The present methodology can reach the response and displacement field of this large-scale test with very small relative error, which confirms the success of the present CbA approach.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή εξετάζει την ανάπτυξη καινοτόμων συζευγμένων πειραματικών και αριθμητικών μεθοδολογιών για την πιστοποίηση σύγχρονων θερμοπλαστικών υλικών για χρήση σε βασικές αεροναυπηγικές δομές/κατασκευές, μέσω της μεθόδου «building block approach», ενισχύοντας την ανάγκη της επιστημονικής κοινότητας και της βιομηχανίας για την ανάπτυξη μεθόδων «Πιστοποίησης μέσω Ανάλυσης». Απώτερος στόχος είναι η μερική αντικατάσταση πειραμάτων με υπολογιστικές αναλύσεις, μειώνοντας την πολυπλοκότητα του σχεδιασμού, το κόστος και τον χρόνο διεκπεραίωσης, μέσω μείωσης του πλήθους και της κλίμακας των δοκιμών με πιο απλές δοκιμές και με μερική πρόβλεψη από αριθμητικά μοντέλα. Επιπρόσθετα, λόγω της ευρύτατης χρήσης των θερμοσκληρυνόμενων συνθέτων υλικών τα προηγούμενα χρόνια, που ήταν αποτέλεσμα της έλλειψης υψηλών προδιαγραφών θερμοπλαστικών υλικών και αποδοτικών μεθόδων παραγωγής για τα θερμοπλαστικά σύνθετα υλικά (υψηλές θερμοκρασίες επεξεργασίας), όλη η βιβλιογραφία που έχει αναπτυχθεί (πειραματικές μέθοδοι, μοντέλα απόκρισης των υλικών, μοντέλα βλάβης και κριτήρια αστοχίας) βασίζεται σε θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά, χωρίς να λαμβάνεται υπόψιν οι ιδιαιτερότητές των θερμοπλαστικών συνθέτων (υψηλή δυσκαμψία και δυσθραυστότητα, πλαστική συμπεριφορά κλπ). Στην παρούσα διατριβή το Υλικό TC1225, που είναι ενισχυμένο με ίνες άνθρακα Τ700S και χρησιμοποιεί την πρόσφατα ανεπτυγμένη θερμοπλαστική μήτρα LMPAEK, υπόκειται σε πολυπληθείς σε αριθμό μηχανικές και θερμικές δοκιμές, και χρησιμοποιείται ως βασικό δομικό υλικό με σκοπό το σχεδιασμό, ανάλυση και δοκιμή ενός πάνελ ατράκτου αεροσκάφους μεγάλης κλίμακας. Παράλληλα για τις ανάγκες του σχεδιασμού του αεροπορικού πάνελ γίνεται μελέτη συνδέσεων του υλικού αυτού (συνδέσεις με κοχλίες, κόλλες κλπ). Οι πειραματικές διαδικασίες υποστηρίζονται από αριθμητικές αναλύσεις πεπερασμένων στοιχείων, με έξυπνα μοντέλα κοινής μεθοδολογίας που αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια της διατριβής, ενώ σε πολλές περιπτώσεις επιτυγχάνεται περαιτέρω επιβεβαίωση μέσω λύσεων κλειστής μορφής. Η σύγκριση μεταξύ των πειραματικών, αριθμητικών και αναλυτικών μεθόδων επιτυγχάνεται με τη χρήση μετρητικών συστημάτων (μηκυνσιόμετρα, εξτενσιόμετρα και μετρήσεις δυναμοκυψέλης) καθώς και με τεχνολογίες μη καταστροφικού ελέγχου, όπως η μέθοδος των υπερήχων (C-SCAN) για την ανίχνευση ατελειών κατά τη κατασκευή και των αποκολλήσεων μετά τις δοκιμές, οπτική απεικόνιση (3D DIC) για την χαρτογράφηση του πεδίου μετατόπισης και τέλος παρακολούθηση Ακουστικών Εκπομπών (Acoustic Emission) για την καταγραφή της διάδοσης της βλάβης σε πραγματικό χρόνο. Αρχικά, καταστρώνεται πλάνο επιλογής βέλτιστων πειραματικών δοκιμών για τον χαρακτηρισμό του υλικού, με τις μεθοδολογίες και τα πρότυπα που έχουν διαμορφωθεί και εξελιχθεί στο Εργαστήριο Τεχνικής Μηχανικής και Ταλαντώσεων. Οι παραχθείσες προς χαρακτηρισμό πλάκες υπόκεινται σε Ποιοτικό Έλεγχο μέσω Μη Καταστροφικών Μεθόδων και σχεδιάζονται οι απαραίτητες ιδιοσυσκευές υποβοήθησης των πειραμάτων. Τα πειράματα χαρακτηρισμού του υλικού περιλαμβάνουν δοκιμές σε εφελκυσμό και θλίψη, τόσο στη διεύθυνση των ινών όσο και στην κάθετη διεύθυνση για την κατανόηση της συμπεριφοράς των 2 συστατικών του συνθέτου υλικού. Επιπρόσθετα, διερευνάται η διατμητική συμπεριφορά του υλικού με χρήση της μεθόδου εφελκυσμού σε δοκίμια με τη διεύθυνση των ινών στις 10° ως προς το επιβαλλόμενο φορτίο. Στη συνέχεια, το υλικό υπόκειται σε θερμομηχανικό χαρακτηρισμό και συγκεκριμένα στη μέτρηση του συντελεστή θερμικής διαστολής στην διεύθυνση των ινών και κάθετα σε αυτές μέσω της μεθόδου Δυναμικής Ανάλυσης και της σύγκρισης με τη διαστολή γνωστού υλικού (αλουμινίου). Παράλληλα μελετάται η θραυστομηχανική συμπεριφοράς του υλικού με τη διερεύνηση της διαστρωματικής αστοχίας με διάδοση αποκόλλησης υπό συνθήκες φόρτισης τύπου Ι και ΙΙ και εξάγεται η δυσθραυστότητα του υλικού. Στο τέλος του 1ου μέρους πραγματοποιείται πρώιμη επιβεβαίωση των ανεπτυγμένων μεθόδων και της βάσης δεδομένων του υλικού μέσω των πειραμάτων κρούσης και θλίψης μετά την κρούση για τη μέτρηση της εναπομένουσας αντοχής μετά από κρουστικά φαινόμενα, ενώ οι εξαγόμενες ιδιότητες συγκρίνονται με αυτές του κατασκευαστή, για την επιβεβαίωση της παρούσας επιλογής πειραμάτων, προτύπων και μεθόδων, και επιβεβαίωση της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε για την κατασκευή του υλικού. Ταυτόχρονα με την πειραματική διερεύνηση, αναπτύσσεται η μεθοδολογία αριθμητικής μοντελοποίησης με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων «ABAQUS», όπου χρησιμοποιούνται στοχευμένη τρόποι μοντελοποίησης για την περιγραφή του θερμοπλαστικού συστήματος του υλικού (τρισδιάστατα στοιχεία κελύφους, θεωρίες συνεκτικών στοιχείων, κριτήρια αστοχίας και διάδοσης της βλάβης), έχοντας εντατικά ελέγξει την ορθότητα και τα κριτήρια σφάλματος στην κάθε περίπτωση μέσω διαδικασιών ελέγχου της σύγκλησης. Όλα τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν μπορούν με ακρίβεια να περιγράψουν τα πειράματα χαρακτηρισμού του υλικού, και αναπαράγουν με επιτυχία τα πειράματα, μέσω της ταύτισης των υπολογιστικών και των πειραματικών καμπυλών Δύναμης-Μετατόπισης, Μακροσκοπικής Αστοχίας και διαστρωματικών αποκολλήσεων.Στο 2ο μέρος της διατριβής, που αφορά τη διερεύνηση του κατασκευαστικών λεπτομερειών, δηλαδή των Στοιχείων σύνδεσης (Element Level) εξετάζεται η συμμετοχή του παρόντος υλικού σε κοχλιωτές/ηλωτές συνδέσεις μέσω των πειραμάτων εφελκυσμού στην εντός και εκτός επιπέδου διεύθυνση (Bearing, Pull Through). Η ανάγκη αυτών των πειραμάτων προέρχεται απ’ την ύπαρξη ηλωτών συνδέσεων στην κατασκευή της ατράκτου μεταξύ της εγκάρσιας ενισχυτικής δοκού και του κελύφους. Οι εξαιρετικές ιδιότητες του υλικού αντικατοπτρίζονται στην αυξημένη αντίσταση κατά τη φόρτιση και τον εξαναγκασμό αστοχίας του συνδετικού στοιχείου. Μάλιστα, η διερεύνηση της εκτός επιπέδου φόρτισης σπάνια εξετάζεται στη βιβλιογραφία, αν και αποτελεί βασική μορφή αστοχίας. Η αναγκαία ιδιοσυσκευή για τα πειράματα αυτά απαιτεί περαιτέρω σχεδιασμό για την εξαγωγή κατάλληλης μορφής αστοχίας, και αυτό επιτυγχάνεται με εκτενή σχεδιασμό και ανάλυση μέσω τη μεθοδολογίας πεπερασμένων στοιχείων. Η προβλεπόμενη και τελικώς εξαγόμενη εκ του πειράματος αστοχία ήταν η πρώιμη αποκόλληση του σπειρώματος του ήλου η οποία δεν μπορεί να προβλεφθεί απ’ τις κοινές μεθοδολογίες μοντελοποίησης που υπάρχουν στη βιβλιογραφία. Γι’ αυτό το λόγο, αναπτύσσονται νέες καινοτόμες προσεγγίσεις για την καλύτερη περιγραφή της αστοχίας. Ακόμα, εισάγονται στα μοντέλα μη γραμμική ελαστική προσέγγιση και κλιμακωτή δυσθραυστότητα αναλόγως με τον τύπο της διεπιφάνειας.Αναλυτικά μοντέλα επιστρατεύονται τόσο για περαιτέρω επιβεβαίωση των συγκεκριμένων πειραμάτων, όσο και για τον χαρακτηρισμό συγκεκριμένων ιδιοτήτων των δύο πειραμάτων. Αρχικά, γίνεται επιτυχής πρόβλεψη της αρχικής δυσκαμψίας του πειράματος διαμήκους εφελκυσμού, ενώ επίσης δύναται ο υπολογισμός του φορτίου μετάβασης απ’ την ελαστική στην πλαστική περιοχή του πειράματος εφελκυσμού στην εκτός επιπέδου διεύθυνση. Γίνεται βελτίωση ήδη καθιερωμένης αναλυτικής λύσης για το πρόβλημα του εφελκυσμού εκτός επιπέδου, όπου σύστημα 3 γραμμικών ελατηρίων περιγράφει τη συμπεριφορά του ήλου, της πλάκας και της μεταξύ τους συνοχής, και όπου τροποποιείται η κινηματική θεωρία με την ύπαρξη διατμητικής επιρροής και εισάγεται η πλαστική συμπεριφορά του ήλου. Η παρούσα βελτίωση οδηγεί σε πιο ακριβή και εμπεριστατωμένη περιγραφή της σύνδεσης. Παραμένοντας στο ίδιο επίπεδο ανάλυσης και σχεδιασμού, στο 3ο μέρος της διατριβής μελετώνται συνδέσεις με κόλλα που προσομοιώνουν τη τελική κόλληση των διαμηκών ενισχυτικών δοκών με το κέλυφος. Για την επίτευξη αυτής της μελέτης και την εξαγωγή των ιδιοτήτων της σύνδεσης πραγματοποιούνται θραυστομηχανικά πειράματα με φορτίσεις τύπου Ι και ΙΙ, όπως και στο διαστρωματικό Θραυστομηχανικό χαρακτηρισμό του υλικού, με τη διαφορά ότι σε αυτήν την περίπτωση τα δοκίμια αποτελούνται από το εξεταζόμενο υλικό, την κόλλα FM300k και το θερμοσκληρυνόμενο σύνθετο υλικό 977-2, από το οποίο κατασκευάζονται οι τελικοί δοκοί. Τα συγκεκριμένα πειράματα οδηγούν στην εξαγωγή της συμπεριφοράς της συγκεκριμένης σύνδεσης, που είναι ψαθυρή, και μέσω αυτών ορίζονται οι παράμετροι αποκόλλησης ώστε να υπάρξει η δυνατότητα μοντελοποίησης σε μεγαλύτερη κλίμακα (κλίμακα πλήρους πάνελ). Η μελέτη της διαστρωματικής αποκόλλησης του υλικού και της αστοχίας των συγκολλημένων δομών θερμοπλαστικού-θερμοσκληρυνόμενου σύνθετου υλικού επιτυγχάνεται και σε υψηλούς ρυθμούς φόρτισης, με τη χρήση διάταξης που έχει αναπτυχθεί για δυναμικό προσδιορισμό της ενέργειας δυσθραυστότητας τύπου Ι. Ταυτόχρονα, μελετώνται και διάφοροι στατικοί ή/και δυναμικοί αναλυτικοί τύποι για τον προσδιορισμό του ρυθμού απελευθέρωσης ενέργειας υπό καθεστώς δυναμικής/ταλαντωτικής απόκρισης. Τόσο το Θερμοπλαστικό Σύνθετο υλικό όσο και η σύνδεση θερμοπλαστικού/θερμοσκληρυνόμενου υλικού παρουσιάζουν αύξηση της δυσθραυστότητας σε υψηλούς ρυθμούς παραμόρφωσης λόγω των αδρανειακών φαινομένων και των μορφών ταλάντωσης που καθυστερούν τη διάδοση ρωγμής. Στο τελευταίο μέρος της διατριβής ολοκληρώνεται η μεθοδολογία σχεδιασμού μέσω χρήσης υπολογιστικών εργαλείων, με τη διεκπεραίωση του 3ου και 4ου επιπέδου της πυραμίδας χαρακτηρισμού του υλικού. Η μελέτη αυτή αφορά τις ενδιάμεσες κατασκευαστικές δομές και την τελική κατασκευή. Αρχικά, εξετάζονται δύο επιμέρους δομές, η σύνδεση μεταξύ της διαμήκους ενισχυτικής δοκού και του κελύφους του αεροσκάφους μέσω κόλλας, όπου διερευνώνται άμεσα τα φορτία λυγισμού και η αποκόλληση, καθώς και η σύνδεση του ανωτέρω δομικού στοιχείου με την εγκάρσια ενισχυτική δοκό μέσω ηλώσεων, όπου μελετάται η διαφοροποίηση της συμπεριφοράς λόγω της ενίσχυσης. Στα συγκεκριμένα πειράματα χρησιμοποιούνται 2 μη καταστροφικές μέθοδοι για την χαρτογράφηση/παρακολούθηση του πεδίου μετατοπίσεων κατά τη θλιπτική φόρτιση: η τρισδιάστατη οπτική παρακολούθηση (DIC) και η Ακουστική Εκπομπή (για την καταγραφή των ελαστικών κυμάτων που δημιουργούνται από την ανάπτυξη και διάδοση των διαφόρων μορφών βλάβης στη διάρκεια του πειράματος. Για τη σύγκριση μεταξύ των καταγραφών των 2 αυτών μεθόδων και το συνδυασμό τους με τα αποτελέσματα των αριθμητικών αναλύσεων, εισάγονται 2 νέες μαθηματικές εκφράσεις για την ποσοτικοποίηση του σφάλματος. Συγκεκριμένα, αναπτύσσονται υπολογιστικοί κώδικες με δυνατότητες ανάλυσης εικόνας για την ποσοστιαία σύγκριση τόσο του πεδίου μετατόπισης μέσω της ταύτισης της τιμής μετατόπισης με τη χρωματική απεικόνιση όσο και με την αναγνώριση της αστοχίας βάση του χρώματος. Τα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων που δημιουργούνται και επιλύονται τόσο με στατικούς όσο και δυναμικούς λύτες (implicit and explicit) μπορούν να περιγράψουν την απόκριση των επιμέρους δομών σε θλιπτική φόρτιση καθώς και τους μηχανισμούς αστοχίας που εμφανίζονται όπως η μακροσκοπική αστοχία, το πεδίο μετατοπίσεων, το λυγισμό, την αποκόλληση ενισχυτικής δοκού-κελύφους και τη διάδοση της βλάβης. Επίσης, χρησιμοποιούνται οι καταγραφές της Ακουστικής Εκπομπής για τον ορισμό/ κατηγοριοποίηση των μορφών αστοχίας, την εμφάνισή τους και τη διάδοσής τους. Στην κατεύθυνση αυτή αναπτύσσονται αλγόριθμοι μηχανικής μάθησης (k-means, GMM) όπου τα μετρούμενα χαρακτηριστικά των εκπομπών κατηγοριοποιούνται με βάση τις ιδιότητές τους όπως η ενέργεια, η συχνότητα, το εύρος, ο χρόνος ανάπτυξης του μέγιστου (rise time) κλπ. Τέλος, μελετάται η μία μεγάλη αντιπροσωπευτική δομή ατράκτου αεροσκάφους, η οποία έχει εκτενώς διερευνηθεί απ’ το Εργαστήριο Τεχνολογίας και Αντοχής των Υλικών (ΕΤΑΥ). Η δομή αυτή υπόκειται σε θλίψη και εσωτερική πίεση. Παρόλο που η πειραματική διερεύνηση έγινε στο ΕΤΑΥ, η μοντελοποίηση που έγινε στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής με τη μεθοδολογία που έχει αναπτυχθεί, μπορεί να περιγράψει την τελική συμπεριφορά της δομής με ελάχιστο σφάλμα τόσο ως προς το φορτίο και τον τρόπο αστοχίας όσο και στη σύγκριση μεταξύ των πεδίων μετατόπισης (υπολογιστικά και πειραματικά). Η άριστη ταύτιση μεταξύ πειραματικών και αριθμητικών ευρημάτων επιβεβαιώνει την επιτυχία της παρούσης διαδικασίας σχεδιασμού που βασίστηκε στη μεθοδολογία της «πιστοποίησης μέσω ανάλυσης».