Beul-, Nachbeul- und Spannungskonzentrationsprobleme ausgesteifter Composite-Panels

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Mittelstedt
• Fachliche Zuordnung: Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426146527

Traditionelle metallische Bauweisen des Leichtbaus werden zunehmend durch Composite-Strukturen, bestehend aus Faserverbund-Laminaten, ersetzt. Bei dünnwandigen Bauteilen steht das Stabilitätsverhalten im Vordergrund, und dieses Vorhaben ist der Entwicklung entsprechender recheneffizienter und dennoch hochgenauer Rechenverfahren gewidmet.Das Vorhaben ist in drei aufeinander aufbauende Forschungsfelder unterteilt.Forschungsfeld 1: Für ausgesteifte Platten und Schalen müssen Steifen so gestaltet werden, dass es bei Beuleintritt nicht zu einem globalen Stabilitätsfall kommt. Hierzu wird das Konzept der sog. Mindeststeifigkeit verwendet, d.h. das zielgenaue Einstellen der Eigenschaften der Steifen so, dass ein lokales Beulmuster erzwungen wird. Insbesondere hinsichtlich des Einsatzes von Laminattheorien höherer Ordnung sind bislang keinerlei Untersuchungen bekannt geworden. Dieses Forschungsfeld wird mittels Laminattheorien höherer Ordnung bei Verwendung energiebasierter Methoden angegangen. Forschungsfeld 2:Nach dem Eintreten einer lokalen Instabilitätsform eines ausgesteiften Panels können i.d.R. weitere Lasten aufgenommen werden. Dem lokalen Nachbeulverhalten kommt also vor allem bei Leichtbauanwendungen eine erhebliche Relevanz zu. An praxisrelevante Analyseverfahren werden hierbei die Anforderungen gestellt, dass eine verlässliche Ergebnisgenauigkeit erzielt werden soll, aber nur wenig Berechnungsaufwand aufgewendet werden darf. Dies macht geschlossen-analytische Methoden notwendig, die mit Hilfe geeigneter Ansätze für alle Nachbeul-Freiheitsgrade unter Verwendung energiebasierter Näherungsverfahren entwickelt werden. Forschungsfeld 3:Schließlich ist im überkritischen Bereich auch die Frage nach der Traglast eines ausgesteiften Pa-nels zu beantworten. Es ist hierbei in den allermeisten Fällen zu beobachten, dass ein letztliches katastrophales Versagen eines ausgesteiften Composite-Panels in Form der Delamination der Steife von der Platte / Schale versagensrelevant ist. Das Eintreten von Delaminationen wird durch interlaminare Spannungskonzentrationen ausgelöst, die sich aufgrund des abrupten Steifigkeits- und Dickensprungs im Nahbereich des Steifen-Fußes ausbilden und aufgrund ihrer Wirkrichtung senkrecht zur Faserrichtung der Composite-Laminate nur sehr geringen Festigkeitswerten gegen-überstehen. Es ist daher ebenso ein Ziel dieses Vorhabens, praktisch geeignete Rechenmethoden bereitzustellen, mit deren Hilfe eine schnelle und verlässliche Ermittlung des Spannungsfeldes im Nahbereich des Interfaces zwischen Stringer-Füßen und Flächentragwerk ermöglicht wird. Diese Untersuchungen werden auf einem semi-analytischen Verfahren unter Verwendung lagenweiser Laminattheorien basieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen