Contributions to Improved Stability Analysis for Design of Thin-walled Composite Structures

Abstract

Der Entwurf von stringerversteiften, axial belasteten Paneelen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), ist für gewöhnlich in seiner Auslegung beschränkt durch das Auftreten des ersten Stabilitätsversagens - dem Hautfeldbeulen (lokales, reversibles Stabilitätsphänomen) für stringerdominante Bauweisen. Dieses lokale, reversible Stabilitätsverhalten der Haut zwischen den Stringern führt aber nicht zum Gesamtversagen der Struktur, vielmehr kommt es zu einer Lastumlagerung in Richtung der Stringer, die entwurfsbedingt noch über deutliche Tragfähigkeitsreserven im Nachbeulbereich verfügen. In dieser Arbeit werden zum einen wesentliche Aspekte im Hinblick auf Modellbildung, nichtlineare Analysen, Validierungsversuche und ein mehrstufiges Validierungskonzept für eine zuverlässige Nachweisrechnung auf Basis der nichtlinearen Finiten Element Methode (volles System) dargestellt, um so eine erweiterte Auslegungsphilosopie zur Nutzung von Tragreserven im Nachbeulbereich für effiziente Entwürfe umzusetzen. Zum anderen wurde auf Basis eines hybriden Reduktionsverfahrens ein schnelles Entwurfswerkzeug entwickelt und implementiert. Die grundlegende Idee besteht darin die erforderliche Anzahl der Formfunktionen zur Beschreibung des nichtlinearen Strukturverhaltens signifikant zu reduzieren und dieses Verfahren mit einem konventionellen nichtlinearen FE Programm zu koppeln. Hybrid bedeutet, dass einerseits das Maß der Reduktion anhand der verwendeten Art und Anzahl von globalen Formfunktionen angepasst werden kann. Andererseits besteht die Möglichkeit, jederzeit zwischen der Berechung im reduzierten System und dem vollen System bedarfsorientiert zu wechseln. Anhand ausgewählter Beispielrechnungen wird die Effektivität des dargestellten Verfahrens illustriert.