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Effiziente Querspannungsberechnung in doppelt gekrümmten Faserverbundschalen mit der erweiterten 2D-Methode

Da die meisten Luft- und Raumfahrtstrukturen dünnwandig sind, wird die Spannungsanalyse zumeist unter Annahme eines ebenen Spannungszustands durchgeführt, wobei Querschub- und Quernormalspannungen vernachlässigt werden. Während diese Vereinfachung bei homogen-isotropen Strukturen häufig sinnvoll ist, kann sie bei geschichteten Faserverbunden riskant sein. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, dass bei bestimmten Lastkombinationen das Versagen in einem Querschub-Modus eintreten kann, bei dem das Laminat förmlich aufgesprengt wird. Darüber hinaus werden auch das Entstehen und Fortschreiten von Delaminationen entscheidend von Querspannungen beeinflusst. Daher findet in fortschrittlichen Versagenskriterien der vollständige 3D-Spannungszustand Verwendung.

Zur effizienten Berechnung des dreidimensionalen Spannungszustands auf Basis einer zweidimensionalen Finite-Elemente-Analyse wurde am DLR-Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik die erweiterte 2D-Methode entwickelt und in das Programm TRAVEST implementiert. TRAVEST wurde so konzipiert, dass es auf einfache Weise mit dem Prä- und Postprozessor MSC.PATRAN zusammenarbeiten kann. Es benötigt als Vorlaufrechnung lediglich eine herkömmliche FE-Analyse mit 8-Knoten Elementen. TRAVEST ist auf beliebige, doppelt gekrümmte Faserverbundschalen anwendbar.

An eine Weiterentwicklung der Theorie, die die Anwendung einfacher 4-Knoten-Elemente erlaubt, wird gearbeitet. Weitere Entwicklungsrichtungen sind die Erweiterung auf doppelschalige und 3D-verstärkte Strukturen.

Weitere Informationen: TRAVEST (pdf, 364 kB)