Strukturmechanische Berechnung und Optimierung eines Propfanblattes unter Verwendung der Finite-Element-Methode.

Abstract

Die strukturmechanische Berechnung fortschrittlicher Propeller (Propfans) erfordert den Einsatz numerischer Methoden, da aufgrund der Geometrie und der Belastung eine geometrisch nichtlineare Rechnung unumgaenglich ist. Im Rahmen einer Finite-Element-Berechnung anwendbare Algorithmen werden vorgestellt und zur Berechnung des Propfanblattes eingesetzt. In die verwendeten finiten Schalenelemente sind konstitutive Gleichungen fuer isotropes Material und Faserverbundwerkstoff implementiert. Es werden die quasistatischen Verformungen fuer den Lastfall "Fliehkraft" und die Eigenformen und Eigenfrequenzen dargestellt. Fuer ein Propfanblatt aus Faserverbundwerkstoff erfolgt mit Hilfe der Methoden der mathematischen Optimierung die Bestimmung der Faserwinkel in den einzelnen Schichten so, dass die Verschiebung an der Blattspitze minimal wird. Ueber eine weitere Zielfunktion wird die Verwindung des Blattes minimiert. Es zeigt sich, dass das Verformungsverhalten in starkem Masse durch die Wahl der Faserrichtung zu beeinflussen ist.