Forschungsbericht 2010



Untersuchung und Simulation komplexer FKV- / Sandwich-Bauteile unter realitätsnahen dynamischen Belastungen

Institut: Produktentwicklung und Konstruktionstechnik
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause
Stellvertretende Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Dieter Krause
Mitarbeiter/innen: Dipl.-Ing. Olaf Rasmussen
Projektnummer: E.5-02.044
Laufzeit: 06.12.2011 - 06.12.2011
Finanzierung: TUHH


 
Bild

Ausgangssituation
Im Zuge der Bemühungen, gerade bei bewegten Strukturen möglichst viel Gewicht einzusparen, haben sich im Fahrzeug- und Flugzeugbau die Faserverstärkten Kunststoffe (FKV) durchgesetzt. Mit ihrer Hilfe lassen sich leichte und dennoch feste Strukturen herstellen, wodurch sich im Transportwesen Treibstoff einsparen oder aber bei gleichbleibendem Treibstoffbedarf die Nutzlast eines Transportmittels erhöhen lässt. Durch die so erhöhte Effizienz wird die Ökobilanz von Transportmitteln deutlich verbessert.
Das Leichtbaupotenzial wird im Bereich der Luftfahrt am größten eingeschätzt. Neben statischen Belastungen treten im Flugbetrieb und insbesondere im Störfall auch dynamische Belastungen auf. Die Auslegungskriterien für FKV sehen meist nur die Betrachtung einer statischen Ersatzlast unter Einbeziehung eines lastfallabhängigen Sicherheitsfaktors vor. Durch diesen aufgrund fehlender Erfahrung oft sehr hohen Sicherheitsfaktor wird das Leichtbaupotential der Werkstoffe nicht hinreichend ausgenutzt.

Projektziele
Um eine bessere Ausnutzung der Werkstoffe und somit eine größtmögliche Gewichtsreduktion von dynamisch bewegten Bauteilen zu erreichen, ist eine möglichst präzise Vorhersage des Werkstoffverhaltens unter dynamischen Belastungen erforderlich. Um dies zu erreichen, bietet sich die Finite-Elemente-Methode (FEM) an. Es soll untersucht werden, wie sich die Abbildungsgenauigkeit von FEM-Modellen trotz unscharfer Eingangsdaten durch eine gezielte Kombination von Simulation und Tests verbessern lässt, um mit Hilfe eines iterativen Vorgehens weniger Realversuche am fertigen Bauteil zu benötigen und somit neue Bauteile Zeit- und Kosteneffizienter zu validieren.

Lösungsansatz   
Es werden Simulationsversuche von FKV-Bauteilen durchgeführt. Die so generierten Simulationsergebnissen werden mit Realversuchsergebnissen desselben Bauteils verglichen, um die Schwachstellen der Simulation zu identifizieren und geeignete Lösungen für die auftretenden Modellierungsprobleme zu finden. Eine Validierung von komplexen Simulationsmodellen soll so bereits mit einfachen Versuchen ermöglicht werden, indem die Einflussfaktoren auf die Ergebnisgüte systematisch betrachtet werden.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsprojekt können Sie hier bekommen.