Thermisch-Mechanisches Beulen

Bild 1: Vergleich zwischen rechnerischer Simulation und Experiment, versteiftes CFK-Paneel

Allein und in Kombination mit mechanischen Lasten können thermische Lasten bewirken, dass dünnwandige Strukturen beulen; Strukturen von Überschalltransportern und Wiedereintrittskörpern stellen Beispiele aus der Luft- und Raumfahrt dar. Die Arbeiten hierzu beziehen die Zwänge und Verformungen aufgrund thermischer Belastung zusätzlich zur mechanischen Beanspruchung in die strukturmechanischen Modelle zur Simulation des Beulverhaltens ein.
Das Bild 1 demonstriert für ein versteiftes CFK-Paneel die erreichte gute Übereinstimmung zwischen rechnerischer Simulation und Experiment. Entwurfsregeln werden entwickelt, die auf der Kopplung des rein mechanischen und des rein thermischen Beulens beruhen.
Es zeigt sich, dass für im Wesentlichen einachsig beanspruchte FVK-Strukturen bei Laminataufbauten, die unter dem Gesichtspunkt rein mechanischer Belastung sinnvoll sind, ein nennenswerter Einfluss der thermischen Belastung innerhalb der Temperaturgrenzen gegenwärtig eingesetzter CFK-Materialien nicht zu erwarten ist. Bei mehrachsiger Belastung jedoch kann es in Abhängigkeit vom Laminataufbau sehr unterschiedliche Einflüsse der Temperatur geben, sodass von Fall zu Fall – je nach Anteil der thermischen Belastung an der Gesamtbelastung – Optimierungen durchzuführen sind, um die zugehörigen Entwurfsregeln entwickeln zu können.