Lokales Beulen schubweicher Faserverbund-Träger mit unsymmetrisch laminierten Gurten und Stegen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Mittelstedt
• Fachliche Zuordnung: Angewandte Mechanik, Statik und Dynamik ; Konstruktiver Ingenieurbau, Bauinformatik und Baubetrieb
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 421986570

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Dieses Projekt beschäftigte sich mit dem lokalen Stabilitätsverhalten von Faserverbundstrukturen. Hierbei werden flächige Strukturbauteile betrachtet, die die lokale Instabilitätsform des Beulens aufzeigen. Das bedeutet, dass die Struktur beim Überschreiten der kritischen Last durch eine Auslenkung senkrecht zur Plattenebene der Last ausweicht. Der Fokus liegt auf hocheffizienten Methoden zur Ermittlung der Beullast. Ziel ist es, explizite Lösungen für die Beullast bereitzustellen, die eine Vielzahl von spezifischen Laminateigenschaften abbilden können. Hierzu zählen die Koppeleffekte von unsymmetrischen Laminaten und die Berücksichtigung von transversalen Schubsteifigkeiten sowie drehelastischen Lagerungen. Die Besonderheit von unsymmetrischen Laminaten wird zunächst mit der Methode der reduzierten Steifigkeiten behandelt. Hierfür ist eine Erweiterung für die Schubdeformationstheorie 3. Ordnung entwickelt worden. Im Weiteren wird das Beulverhalten unsymmetrischer Laminate mit drehelastischen Einspannungen im Rahmen von analytischen Methoden untersucht. Die Herleitung der Lévyschen und geschlossen-analytischen Lösungen wird in der klassischen Laminattheorie sowie in den Schubdeformationstheorien 1. und 3. Ordnung realisiert. Betrachtet werden druckbelastete Laminate mit zwei gegenüberliegenden gelenkig gelagerten Rändern. Die anderen Ränder sind entweder drehelastisch gelagert oder einer der beiden Ränder ist ein freier Rand. Den betrachteten Laminaten liegen orthotrope oder quasi-orthotrope Eigenschaften zugrunde. Die Lévyschen Lösungen zeichnen sich durch die exakte Lösung der Beullast aus. Besonders hocheffiziente Näherungsverfahren sind durch die geschlossen -analytischen Lösungen gegeben. Die Untersuchung von Laminatstrukturen erfolgt rechnerisch und experimentell an I- und C-Trägern. Dabei werden die neu entwickelten Methoden mittels der diskreten Plattenanalyse angewendet, um die kritischen Beullasten der Träger zu bestimmen. Im experimentellen Aufbau wird die gelenkige Lagerung der Segmentenden des Trägers aus dem analytischen Modell nachgebildet. Die Studie umfasst symmetrische und unsymmetrische Kreuzverbunde sowie antisymmetrische Winkelverbunde in 5 verschiedenen Trägerlängen. Die experimentelle Studie dient der Validierung der neuen hocheffizienten Berechnungsverfahren. Abschließend wird eine Lagenoptimierung der I-Träger durchgeführt. Die Optimierungspotentiale können rechnerisch sowie experimentell bestätigt werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Buckling of shear-deformable orthotropic laminated plates with elastic restraints. Thin-Walled Structures, 157, 107071.
  Schreiber, Philip; Mittelstedt, Christian & Beerhorst, Matthias
  
• Buckling analysis of elastically clamped laminated plates using third‐order shear deformation theory. PAMM, 20(1).
  Schreiber, Philip; Mittelstedt, Christian & Beerhorst, Matthias
  
• Buckling analysis of shear‐deformable orthotropic laminated plates with rotational restraints. PAMM, 21(1).
  Schreiber, Philip; Mittelstedt, Christian & Beerhorst, Matthias
  
• Closed-form solution for buckling of sheardeformable laminated plates with rotational restraints. ICCS24 2021, Porto, Portugal, Herausgegeben von Ferreira, A. J. 2021, Seite 158
  Schreiber, P. & Mittelstedt, C.
  
• Beulanalyse von unsymmetrischen Laminaten mittels geschlossen-analytischer Verfahren. DLRK 2022, Dresden, In: Deutsche Luft- und Raumfahrtkongress (DLRK)
  P. Schreiber & C. Mittelstedt
  
• Buckling of shear-deformable unsymmetrically laminated plates. International Journal of Mechanical Sciences, 218, 106995.
  Schreiber, Philip & Mittelstedt, Christian
  
• Closed‐form buckling analysis of unsymmetrically laminated plates. PAMM, 22(1).
  Schreiber, Philip & Mittelstedt, Christian
  
• Lévy-type solutions for the buckling analysis of unsymmetrically laminated plates with rotational restraints for various plate theories. Archive of Applied Mechanics, 93(7), 2907-2935.
  Schreiber, Philip & Mittelstedt, Christian
  
• Lévy‐type solutions for buckling of shear deformable unsymmetrically laminated plates with rotational restraints. PAMM, 23(3).
  Schreiber, Philip & Mittelstedt, Christian
  
• Extended Reduced Bending Stiffness Method for Shear Deformable Laminated Plates. Advanced Structured Materials, 237-258. Springer International Publishing.
  Schreiber, Philip; Schilling, Jakob C. & Mittelstedt, Christian