Explizite FE Simulation einer Sandwich-Druckprobe eines Cellular Hybrid Composite (CHC) aus Aramidpapier als Kernmaterial. Die Simulationszeit betrug 50 ms.Projektbeschreibung
Das Forschungsprojekt CELPACT wird von der EU im Rahmen von FP6 finanziert. CELPACT befasst sich mit der Entwicklung von Technologien und Entwurfshilfsmitteln für neuartige Flugzeugbauweisen, die sich durch hohe Effizienz und Sicherheit auszeichnen. In dem Konsortium sind fünf europäische Länder vertreten, bestehend aus sieben in dem Forschungsgebiet führenden Universitäten, Forschungsinstituten und Partnern in der Luftfahrtindustrie. Das CELPACT Projekt wird vom Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung (DLR) koordiniert und geleitet und läuft von 2006 bis 2009. Der Schwerpunkt von CELPACT liegt in der Entwicklung von modernen Sandwichkonzepten für tragende Luftfahrtstrukturen. Diese zeichnen sich besonders durch neuartige, leistungsstarke Leichtbaukerne aus, die unter anderem eine Verbesserung der Impact-Eigenschaften aufweisen.
Im Forschungsprogramm sind Produktionsverfahren zur Herstellung von Composite wie auch metallischen Zellkernstrukturen vertreten. Es werden verschiedenste Material- und Geometriekonzepte untersucht: Cellular Hybrid Composites (CHC) mit gefalteten Kernstrukturen, Cellular Metal (CM) mit metallischen Kernen, die einen geschlossenem Zellaufbau aufweisen und metallische Gitterstrukturen, die mittels Selected Laser Melting hergestellt werden.
DLR Beteiligung am CELPACT Projekt
Das Institut für Bauweisen- und Konstruktionsforschung (DLR) hat im Rahmen von diversen EU Projekten, wie z.B. HICAS UND CRAHVI, weitreichende Erfahrung in der Analyse und Simulation von Hochgeschwindigkeits-Impact (high velocity impact, HVI) auf Composite und metallische Flugzeugstrukturen gesammelt.
Im Rahmen von CELPACT entwickelt das DLR numerische FE Methoden zur Simulation der Schädigung und des Versagens von zellförmigen Kernstrukturen unter HVI von harten und weichen Projektilen.
Dazu werden Modelle zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens von CHC Zellkernen und ihrer Sandwichstruktur erstellt, in denen Kernzellengeometrie, Kernmaterial und Sandwichhaut charakterisiert sind. Um große Strukturen effizient zu berechnen, wird eine Multi-scale FE Methode entwickelt. In dieser wird das detaillierte Zellkernmodell mit einem homogenisierten Model verknüpft.
Gemeinsam mit den CELPACT-Partnern ermittelt das DLR die Materialdaten der Haut- und Kernmaterialien, sowie der Zellkernstrukturen. Zu diesem Zweck werden hauptsächlich Testprogramme an CHC-Kernmaterialien an servo-hydraulischen Prüfmaschinen mit einer optischen Verformungsanalyse (GOM-ARAMIS) durchgeführt.
Zusätzlich führt das DLR ein Impact-Testprogramm auf Sandwichstrukturen mit verschiedenen Zellkernen für diversen Niedrig- und Hochgeschwindigkeitsbedingungen aus. Dies beinhaltet Tests mit dem Fallprüfstand (12 m Fallhöhe) und den Druckluftkanonen (einschließlich großflächigen Vogeleinschlag). Der Impact-Schaden der Teststrukturen wird anschließend mit zerstörungsfreien Prüfmethoden bewertet.