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Effiziente Simulation von Schlagschädigungen in Faserverbund-Sandwichstrukturen

Kärger, Luise (2007) Effiziente Simulation von Schlagschädigungen in Faserverbund-Sandwichstrukturen. Dissertation. DLR-Forschungsbericht. DLR-FB 131-2007/18, 136 S.

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Abstract

Sandwichstrukturen, die aus zwei dünnen, steifen Faserverbunddeckschichten und einem besonders leichten Kern bestehen, bieten eine sehr hohe gewichtsspezifische Tragfähigkeit und hervorragende Funktionsintegration z.B. in Form von thermischer und akustischer Dämmung. Derzeit hemmt jedoch die geringe Impactresistenz, d. h. die große Empfindlichkeit gegenüber Schlagschädigung, noch den Einsatz bei primären Flugzeugstrukturen. Durch die vorliegende Arbeit wird ein schnelles Simulationsverfahren zur Bewertung der Impactresistenz geschaffen. Für eine effiziente Verformungs- und Spannungsanalyse werden zwei neue, dreischichtige finite Schalenelemente entwickelt. Das Versagensverhalten von Kern und Deckschicht wird durch spannungsbasierte Versagenskriterien und schrittweise lineare Degradationsmodelle modelliert, die anhand experimenteller Untersuchungen hergeleitet werden. Für die dynamische Analyse des transienten Impactvorgangs werden ein implizites und ein explizites Zeitintegrationsverfahren bewertet. Ausgewählte numerische Beispiele demonstrieren die Funktionsfähigkeit der verwendeten Modelle und Methoden. Zur Validierung der gesamten Impactsimulation werden die Ergebnisse eines Impactversuchsprogramms herangezogen. Der Vergleich zwischen Experiment und Simulation zeigt eine sehr gute Übereinstimmung sowohl beim dynamischen Verformungsverhalten als auch bei der Größe der Kernschäden und bei der Entstehung der ersten Deckschicht-Risse. Darüber hinaus demonstrieren kurze Rechenzeiten die hohe Effizienz des Verfahrens. Damit steht für den Entwurf von doppelschaligen Leichtbaustrukturen ein neues Verfahren zur Verfügung, mit dem die Schadensresistenz schnell und zuverlässig bewertet werden kann.

Document Type:Monograph (DLR-Forschungsbericht, Dissertation)
Title:Effiziente Simulation von Schlagschädigungen in Faserverbund-Sandwichstrukturen
Authors:
AuthorsInstitution or Email of Authors
Kärger, LuiseUNSPECIFIED
Date:November 2007
Refereed publication:Yes
Number of Pages:136
Editors:
EditorsEmail
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., UNSPECIFIED
ISSN:1434-8454
Status:Published
Keywords:Impact, Sandwich, Faserverbundstruktur, Schadenstoleranz, Finite Elemente Methode, Schnelle Simulation, Experimentelle Validierung
Institution:Technische Universität Braunschweig
Department:Fakultät für Maschinenbau
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:Aircraft Research
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Structures & Materials
Location: Braunschweig
Institutes and Institutions:Institute of Composite Structures and Adaptive Systems > Structural Mechanics
Deposited By: Doris Ries
Deposited On:29 Jan 2008
Last Modified:12 Dec 2013 20:29

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