Biaxiale Versuche an rumpfstrukturnahen Proben mit realistischen Lastannahmen

Kurzfassung

Der Entwicklungs- und Zulassungsprozess eines Flugzeugs beinhaltet immer ein aufwändiges experimentelles Versuchsprogramm. Optimierungspotential hinsichtlich Kosten und Zeit besteht durch Reduktion der Anzahl an - insbesondere sehr komplexen ? Versuchen. Erreicht werden kann dies durch Steigerung der Aussagefähigkeit der einzelnen Versuche, ebenso wie durch den Einsatz geeigneter Simulationen. Ebendieser Weg wird in dieser Arbeit durch eine sinnvolle Verknüpfung von Simulationen und realitätsnahem biaxialen Experiment aufgezeigt. Ausgehend von realistischen Lastannahmen werden mit einem Rumpfdimensionierungstool detaillierte Schnittlasten für den ermüdungskritischen oberen Rumpfbereich zwischen Tragflügel und Heckleitwerk ermittelt. Basierend auf diesen Lastdaten wird in einem biaxialen Versuch das statische und zyklische Verhalten einer Probe mit drei aufgebrachten Stringern untersucht. Versuchsbegleitende Finite-Elemente-Simulationen ermöglichen eine präzise Bewertung der Rissspitzenbeanspruchung mittels linear-elastischer Bruchmechanik. Im Szenario eines gebrochenen Stringers wird die Probe während des zyklischen Versuchsprogramms auf ihr Ermüdungsrissverhalten untersucht. Zur Auswertung des Versuchs kommt neben Kraft-, Weg- und Dehnungsaufnehmern ein digitales 3D-Bildkorrelationssystem zum Einsatz, welches berührungslos eine großflächige Ermittlung der Verschiebungs- und Dehnungsfelder ermöglicht. Ein Vergleich der Verschiebungsfelder zwischen biaxialem Versuch und zugehöriger Simulation mit realitätsnaher Krafteinleitung zeigt sehr gute Übereinstimmung für die Stringer-Hautfeld-Probe - sowohl ohne als auch mit Riss. Mit Hilfe der bruchmechanischen Auswertung der Simulationen lässt sich das Rissfortschrittsverhalten der biaxialen Probe auswerten und mit an Standardproben ermittelten Daten aus der Literatur vergleichen.