Design and manufacturing of monocoque molds for a Formula Student car

Abstract

This Final Degree Project addresses the integrated design of a composite mould through the combination of CAD modelling and composite laminate optimisation. The main objective is to develop the best composite mould solution based on engineering criteria. The project includes the complete CAD definition of the mould, ensuring geometric accuracy, structural integrity, and compatibility with composite manufacturing processes. In parallel, several laminate configurations are analysed using laminate theory in order to determine an efficient stacking sequence that provides adequate stiffness, dimensional stability, and near-isotropic behaviour. An iterative design methodology is applied, allowing design and laminate decisions to be progressively refined based on mechanical and manufacturing considerations. Although mould scaling is not required for the final implementation, its study contributes to a better understanding of laminate behaviour and design robustness. The results demonstrate that a combined CAD-driven and laminate-optimised approach leads to an efficient and reliable composite mould design. The methodology and conclusions presented in this work can be applied to similar tooling applications and serve as a basis for further research and development.

Este proyecto de fin de carrera aborda el diseño integrado de un molde hecho con materiales compuestos mediante la combinación de modelado CAD y la optimización del laminado. El objetivo principal es desarrollar la mejor solución de moldes para piezas estructurales de materiales compuestos basada en criterios de ingeniería. El proyecto incluye la definición CAD completa del molde, lo que garantiza la precisión geométrica, la integridad estructural y la compatibilidad con los procesos de fabricación de compuestos. Paralelamente, se analizan varias configuraciones de laminados utilizando la teoría de laminados con el fin de determinar una secuencia de apilamiento eficiente que proporcione una rigidez adecuada, estabilidad dimensional y un comportamiento casi isotrópico. Se aplica una metodología de diseño iterativa, lo que permite refinar progresivamente las decisiones de diseño y laminado basándose en consideraciones mecánicas y de fabricación. Aunque no es necesario escalar el molde para la implementación final, su estudio contribuye a una mejor comprensión del comportamiento del laminado y la solidez del diseño. Los resultados demuestran que un enfoque combinado basado en CAD y optimización de laminados conduce a un diseño de moldes para piezas complejas eficiente y fiable. La metodología y las conclusiones presentadas en este trabajo pueden aplicarse a aplicaciones de herramientas similares y servir de base para futuras investigaciones y desarrollos.