Ein neuer Analyseprozeß für thermo-mechanisch belastete Faserverbundstrukturen

Abstract

Es wird ein integrierter Analyseprozeß für thermisch und mechanisch belastete Faserverbundstrukturen vorgestellt. Sowohl die Thermal- als auch die Spannungsanalyse werden dreidimensional durchgeführt. Dennoch ist in beiden Fällen eine Diskretisierung mit finiten Schalenelementen ausreichend, rechenzeitintensive Volumenelemente werden vermieden. Für die Thermalanalyse werden Thermische Schichtentheorien und zugehörige finite Elemente eingesetzt. Das FE-Netz für die Spannungsanalyse muß i.a. anders gewählt werden als für die Thermalanalyse. Da beide Netze jedoch auf dasselbe Geometriemodell zurückgreifen, kann die Übertragung des Temperaturfelds automatisch mit Hilfe kommerziell verfügbarer Prä- und Postprozessing-Programme erfolgen. Mit herkömmlichen Schalenelementen auf Basis der Schubverformungstheo-rie erster Ordnung (FSDT) werden die drei Spannungskomponenten in der Schalenmittelfläche berechnet. Daraus und aus dem Temperaturfeld werden mit Hilfe einer neuartigen Nachlaufrechnung alle drei Querspannungskomponenten bestimmt. Das Verfahren basiert auf der erweiterten 2D-Methode, die das Materialgesetz für Querschub und die dreidimensionalen Gleichgewichtsbedingungen benutzt. Das vorteilhafte Zusammenspiel beider Analysearten wird am Beispiel eines Faserverbund-Flügelkastens für ein zukünftiges Großraum-Verkehrsflugzeug demonstriert.