Crashoptimierte Faserkunststoffverbund- und Hybridstrukturen
Gegenstand der Forschung ist die Entwicklung von Test- und Simulationsmethoden, um das Energieabsorptionsmanagement bei Flächenflugzeugen und Hubschraubern unter Crash-Belastung zu optimieren. Dabei werden die Mechanismen der Energieabsorption von neuartigen Bauweisen und Strukturkonzepten aus Faserkunststoffverbunden (FKV) und Hybridwerkstoffen an Proben, Bauteilen und Komponenten untersucht, um diese besser zu verstehen und dann gezielt einsetzen zu können. Angestrebt wird dabei die Verbesserung der Energieabsorptionsfähigkeit ohne merkliche Beeinträchtigung der strukturellen „post crash“ Tragfähigkeit und Massenbilanz. Ein weiterer wichtiger Punkt ist die verstärkte, interdisziplinäre Betrachtungsweise der Interaktion bei Crash-Ereignissen zwischen der Rumpfstruktur, dem Cockpit und der Kabine (Insassensicherheit).
Einzelne Arbeitpunkte umfassen:
- Verbesserte FKV-Schädigungsmodelle und Modelle von Fügungen (Kleben, Schweißen, Nieten) für Crashsimulationen
- Erarbeitung von Crashkonzepten für zukünftige Rumpfstrukturen von Transportflugzeugen und Hubschraubern aus FKV und in Hybridbauweise
- Interaktion der Kabine mit einem CFK-Rumpf und Insassensicherheit bei Flugzeugen und Hubschraubern
- Etablierung der parametrisierten Crashmodellgenerierung und –Simulation als Designwerkzeug
- Full-scale Simulationsmethodik für Crash, Ditching und „Soft Soil“
- Simulationsmethodik für Multi-Material-Design, Misch- und Modulbauweisen und neue metallische Werkstoffe im Verkehr
- Robustheitsanalysen und Einsatz stochastischer Methoden
Die wichtigste Testapparatur ist ein Fallturm mit Fallmassen bis zu 800 kg und einer Fallhöhe von 10 m wobei Fallgeschwindigkeiten bis zu 14 m/s erreicht werden können. Für die Simulation werden insbesondere die explizite Finite-Elemente-Methode sowie hybride Codes herangezogen. Diese können mit stochastischen bzw. Optimierungswerkzeugen gekoppelt werden. Dabei wird auf mehreren Rechnerplattformen gearbeitet.
Bezüglich der Entwicklung und Nutzung der Versuchsanlagen sowie der Simulationswerkzeuge und stützen wir uns auf eine über langjährige Erfahrung in nationalen und internationalen Forschungsprojekten an:
- Phänomenologisches Verständnis der Energieabsorptionsmechanismen in Faserverbundwerkstoffen
- Simulation von Hubschrauber- und Flugzeug-Gesamtstruktur unter Crash-Belastung
- Entwicklung von Leichtbau-Energieabsorbern aus Faserverbundwerkstoffen