Untersuchung des Durchbiegeverhaltens einer Flügeloberschale aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff mit laminarer Strömung unter verschiedenen Randbedingungen

Abstract

Diese Diplomarbeit entstand in der Zeit von Juli 2011 bis März 2012 am Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt. Sie behandelt das Durchschlagsproblem von orthotrop versteiften Plattenstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen. Das Phänomen des Durchschlagens ist ein dynamisches Stabilitätsproblem von Strukturen, welches unter anderem an Schalenelementen auftreten kann, die eine konvexe Krümmung entgegen der äußeren Belastung aufweisen. Beim Durchlaufen der Last-Verformungskurve erreichen reale Strukturen wie Schalenelemente hierbei oberhalb der kritischen Last durch eine stufenweise große Verformung bei weiterer Lasterhöhung einen entfernten Gleichgewichtszustand. Zuerst wird das Problem vorgestellt. Neben der Vorgehensweise werden auch die Projektparameter und der bisherige Kenntnisstand beschrieben. Es wird eine analytische Rechnung zur Berechnung der Durchbiegung von orthotropen Platten vorgestellt. Diese Rechnungen werden für verschiedene Randbedingungen der Platten durchgeführt. Außerdem wird eine Rechnung durchgeführt, mit der der Durchschlagspunkt bestimmt werden kann. Auf numerischen Weg werden sowohl die Durchbiegung von orthotropen Platten in Abhängigkeit unterschiedlicher Parameter sowie die Bedingungen für ein Durchschlagen ermittelt. Es wird eine Methode vorgestellt, mit der die Platten so entworfen werden können, dass sie im Auslegungspunkt eine gewünschte Form aufweisen. Zusätzlich zu den Berechnungen werden Platten mit einer Krümmung entgegen der Last auf Durchschlagen getestet und ihre Durchbiegung mit der von ebenen Platten verglichen. Abschließend werden die analytischen Berechnungen und die numerischen Berechnungen mit den Versuchsergebnissen verglichen und ihre Genauigkeit überprüft. Weiterhin werden Vorschläge zur Verbesserung der Fertigungsgenauigkeit von Platten aus faserverstärktem Kunststoff gegeben.