Approximation von Festigkeitskriterien für Faser-Kunststoff-Verbunde im frühen Flugzeugentwurf

Abstrakt
Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung und Validierung eines einfachen Verfahrens zur Ap-proximation des Versagens von Faser-Kunststoff-Verbund-Laminaten, um damit die Definiti-on eines lokalen Einflussbereichs zu untersuchen. Auf Basis der Versagenskriterien von Faser-Kunststoff-Verbunden werden verschiedene Approximationsverfahren definiert. Dabei wird unter anderem die Formänderungsenergie betrachtet. Es werden kritische, globale und lokale Lastfälle definiert, und die Approximationsverfahren anhand der Simulation eines einfachen Seitenleitwerkmodells mittels der Finiten Elemente Methode validiert. Dabei werden die Approximationsergebnisse dem Referenzkriterium Puck gegenübergestellt, und die App-roximationsgüte über lokale und globale Evaluationskriterien bewertet. Aus der Auswertung der statischen und dynamischen Lastfälle geht der kombinierte Laminatversagenskörper als bestes Approximationsverfahren hervor. Im Rahmen von Parameterstudien werden für dieses Verfahren die Einflüsse von Grenzwert, Material, Lagenaufbau, Diskretisierung, Zeitschritt-weite und dynamischer Lastaufprägung untersucht. Es geht daraus hervor, dass sich der kom-binierte Versagenskörper an Randbedingungen wie Materialien, Lagenaufbauten und Refe-renzkriterien anpassen lässt. Abweichungen auf die approximierten Reservefaktoren durch Versteifungen, Diskretisierung oder Lasthistorien sind durch den Einfluss auf die Struktur-antwort zu begründen. Um die Approximation von Reservefaktoren unter praxisnahen Bedin-gungen zu testen, wird ein industrienahes Finite Elemente Modell des Seitenleitwerks eines Langstrecken-Großraumflugzeug betrachtet. Der Vergleich zwischen Approximation und Referenz bestätigt die Ergebnisse der vorangehenden Studien mit dem einfachen Modell und liefert gute bis sehr gute globale und lokale Gütekriterien. In einer abschließenden Betrach-tung wird die Anwendbarkeit auf die Definition einer lokal stützenden Struktur demonstriert.