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Numerische Simulation von progressivem Lochleibungsversagen an Bolzenverbindungen von CFK-Strukturen

Feser, Thomas and Waimer, Matthias (2014) Numerische Simulation von progressivem Lochleibungsversagen an Bolzenverbindungen von CFK-Strukturen. Deutsche SIMULIA-Konferenz, 25.-26. September 2014, Dresden, Deutschland.

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Abstract

Die zunehmende Verwendung von kohlenstofffaserverstärkten Kunstoffen (CFK) in Primärstrukturen von Transportflugzeugen erfordert die Entwicklung neuartiger Crashkonzepte. Einem im Allgemeinen spröden Versagensverhalten von CFK, verbunden mit eingeschränkter Energieabsorption, kann durch eine crashsichere Auslegung mit zusätzlichen Crashabsorbern in der Flugzeugrumpfstruktur entgegengewirkt werden. Ein derzeit am DLR untersuchtes Absorberkonzept betrachtet ein kontrolliertes, progressives Lochleibungsversagen von bestehenden Bolzenverbindungen in einer CFK-Rumpfstruktur. Im Crashfall auftretende Zugkräfte in der Rumpfstruktur sollen hierbei zur Energieabsorption genutzt werden, ohne den Einbau zusätzlicher Crashabsorber mit entsprechendem Mehrgewicht. In diesem Kontext wurden umfangreiche experimentelle Studien an Bolzenverbindungen von CFKBauteilen mit dem Ziel durchgeführt, ein kontrolliertes Lochleibungsversagens bei vordefiniertem Versagensweg und robustem Verhalten unter diversen Off-axis Belastungen sicherzustellen. Quasistatische sowie crashrelevante dynamische (v = 2m/s) Belastungen wurden hierfür betrachtet. Ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten liegt in der numerischen Simulation, mit dem Fokus auf der Entwicklung von Modellierungsmethoden mit denen die komplexen Versagensmechanismen bei progressiver Lochleibung unter Nutzung der expliziten Finite Elemente Methode (ABAQUS/Explicit) abgebildet werden können. Dieser Vortrag zeigt zunächst Simulationsergebnisse mit einer Modellierungsmethode gemäß Stand der Technik. Typische Merkmale bei der Simulation von progressivem Stauchversagen von CFK (z.B. ungleichmäßiger Kraft-Weg-Verlauf) sowie eine ausgeprägte Netzabhängigkeit (Lochleibungsversagen entlang der Elementkanten) werden dargestellt. Anschließend werden Schritte zur Entwicklung einer Modellierung aufgezeigt, mit der die Simulation eines nahezu netzunabhängigen, kontinuierlichen Lochleibungsversagens realisiert werden konnte. Diskutiert wird ebenfalls ein praxisrelevanter Ansatz zur Kalibrierung versagensrelevanter Eingabedaten (Bruchenergien) für die Berechnung von stark ausgeprägten Fragmentierungsvorgängen. Abschließend wird die Validierung der entwickelten Modellierungsmethode für ein-schnittige, vorgespannte Bolzenverbindungen gezeigt. Simulationsergebnisse werden verglichen mit experimentellen Ergebnissen verschiedener Probenvarianten (Geometrie, Belastungsrichtung).

Item URL in elib:https://elib.dlr.de/93337/
Document Type:Conference or Workshop Item (Speech)
Title:Numerische Simulation von progressivem Lochleibungsversagen an Bolzenverbindungen von CFK-Strukturen
Authors:
AuthorsInstitution or Email of AuthorsAuthors ORCID iD
Feser, ThomasBT-SINUNSPECIFIED
Waimer, MatthiasBT-SINUNSPECIFIED
Date:26 September 2014
Refereed publication:Yes
Open Access:No
Gold Open Access:No
In SCOPUS:No
In ISI Web of Science:No
Status:Published
Keywords:Crash, CFK, progressives Lochleibungsversagen, Bolzenvorspannung, ABAQUS/Explicit (V6.13), Continuum Shells, VUMAT ‘ply_fabric’
Event Title:Deutsche SIMULIA-Konferenz
Event Location:Dresden, Deutschland
Event Type:national Conference
Event Dates:25.-26. September 2014
HGF - Research field:Aeronautics, Space and Transport
HGF - Program:Aeronautics
HGF - Program Themes:fixed-wing aircraft
DLR - Research area:Aeronautics
DLR - Program:L AR - Aircraft Research
DLR - Research theme (Project):L - Structures and Materials
Location: Stuttgart
Institutes and Institutions:Institute of Structures and Design > Structural Integrity
Deposited By: Feser, Thomas
Deposited On:22 Dec 2014 16:29
Last Modified:22 Dec 2014 16:29

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