FEM gestützte Auslegung von geschäfteten Rundholmverklebungen als Teil der Primärstruktur für das DLR Stratosphärenflugzeug HAP

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine parametrische Programmkette zur automatisierten Erstellung von FE-Modellen der Holmsegmentverklebung des DLR-Stratosphärenflugzeugs HAP erstellt. Es wurden Simulationsansätze zur Abbildung eines mehrachsigen Spannungszustands, zur Vereinfachung der Modellbildung, sowie zur Reduktion der Modellgröße hergeleitet und anhand kleinerer Modelle verifiziert. Die Parametrisierung ist in der Lage, alle geometrischen Variationen und Lastzustände der Fügestellen am HAP-Flugzeug, sowie der Probekörper einer durchgeführten Zugversuchsreihe abzubilden. Es wurde eine Schnittstelle zur analytischen Flugzeugdefinition entwickelt, mithilfe derer die FE-Modelle für alle Fügestellen des Tragflügels automatisiert erstellt werden können. Durch Vergleich anhand mehrerer analytischer Rechnungen von Single Lap- und Schäftverklebungen konnten die Ergebnisse der FE-Rechnungen verifiziert werden. Es konnte durch Validierung anhand der Ergebnisse aus einer durchgeführten Zugversuchsreihe gezeigt werden, dass die durch die FEModelle bestimmten Gesamtsteifigkeiten in einem Bereich von +3;6% bis +11;1% (Mittel: +8;0%) von den Ergebnissen der durchgeführten Zugversuchsreihe abweichen. Durch eine Faservolumengehaltsbestimmung konnte gezeigt werden, dass die angestrebten Materialparameter nicht erreicht wurden und ein Teil der Abweichungen auf diesen Umstand zurückzuführen ist. Dieser Anteil wurde durch analytische Herleitung und Anpassung der Materialparameter quantifiziert.