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Tailored Fibre Placement



Tailored
Tailored Fibre Placement (TFP) ist ein Verfahren für die Produktion von Verbundstrukturen, bei dem die Kohlestofffaserbündel (Rovings) auf einem Trägermaterial entsprechend einem vorher bestimmten Optimum maßgeschneidert aufgestickt werden. Durch geeignete gekrümmte Faserorientierungen ist es möglich, die Bauteile den Belastungen besser anzupassen. Spannungskonzentrationen an Kerben, Ecken und Ausschnitten sind besonders anfällig bezüglich des Materialversagens in einer Struktur. Während in isotropen Strukturen nur Formoptimierungen möglich sind, um Spannungskonzentrationen abzubauen, können in orthotropen und Verbundstrukturen Faserorientierungen als weitere lokale Designvariablen zur Optimierung der Spannungen und Materialanstrengungen herangezogen werden. Im Gegensatz zu isotropen Werkstoffen und auch herkömmlichen Faserverbunden ergeben sich hierdurch ganz neue Möglichkeiten zur Optimierung und Auslegung der Bauteile.

Zur Unterstützung der TFP-Technologie ist das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik auf folgenden zwei Gebieten tätig:

1. Entwicklung des TFP–Optimierungsalgorithmus TACO (TAilored COmposite Design Code)

Das Tool TACO (Tailored Composite Design Code) wurde zur Optimierung von komplexen Verbundstrukturen entwickelt und ist eingebettet in eine MSC PATRAN / NASTRAN - Umgebung. Als Optimierungskriterium wurde die 2-D CAIO Formulierung implementiert: TACO orientiert in einem iterativen Prozess die Faserrichtungen einer vorgegebenen Lage in die Richtung der Hauptnormalspannungen. Dadurch werden in der optimierten Lage die Schubspannungen für einen Lastfall deutlich reduziert und somit die Tragreserven erhöht. Eine Herausforderung in der Analyse von Verbundstrukturen ist die Beurteilung der Versagensverhalten. Für die Versagensanalyse wurde das sogenannte Einfache Parabolische Spannungskriterium, welches in der Lage ist zwischen Faserbruch und Zwischenfaserbruch zu unterscheiden, implementiert.

2. Anwendung von TACO

Die Anwendung von TACO erlaubt ein optimiertes Design für eine beliebige Verbundstruktur. Es hat zum Ziel die Materialkennwerte vollständig auszuschöpfen, was zu lokalen Verstärkungen, einem effizienterem Lastfluss und einem verbessertem Versagensverhalten führt. Hauptanwendungen sind einachsig belastete Verbundstrukturen, die einer begrenzten Anzahl von Lastfällen ausgesetzt sind. Eine typische Anwendung ist z.B. eine gelochte Platte unter Zugbelastung.


Kontakt
Dr.-Ing. Alexander Kling
Leiter Strukturmechanik

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik
, Strukturmechanik
Braunschweig

Tel.: +49 531 295-2288

Fax: +49 531 295-2232

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