In der Betriebsphase entstehende Schäden werden bei Faserverbundstrukturen mit zerstörungsfreien Prüfmethoden untersucht und geeignete Handhabungsmaßnahmen abgeleitet. In der Entwurfsphase werden solche Schäden empirisch berücksichtigt, um die Bauteilsicherheit zu gewährleisten. Mithilfe innovativer, simulationsbasierter Entwurfs- und Nachweismethoden wird die Schadensmorphologie mit reduziertem experimentellem Aufwand bestimmt und mit bewährten Berechnungsmethoden der Betriebsphase analysiert. Diese Kopplung ist ein wichtiger Baustein zur simulationsbasierten Zertifizierung.
Der Schaden im Detail
Aus kombinierten Fallturm- und Druckfestigkeitsversuchen wird die Widerstandsfähigkeit von Faserverbundwerkstoffen gegenüber Schlagschäden ermittelt. Sie bilden die Grundlage zur Auslegung schadenstoleranter Strukturen und zur Festlegung von Reparaturanweisungen mit entsprechenden Wartungsintervallen. Umfangreiche Testkampagnen werden durch Simulationen deutlich verschlankt. Detaillierte Modelle des Experiments ermöglichen eine Berechnung der sich einstellenden Schadensmorphologie und erlauben eine Skalierung auf die Gesamtstruktur. (Innovationsbericht 2018, Bogenfeld: „Effizientes Berechnen von Schlagschäden an Gesamtstrukturen? Geht!“). Reale Bauteilschäden werden in der Wartung mittels Ultraschall erfasst und mit eigens dafür entwickelter Software analysiert, um alle relevanten Schadensmerkmale in einer nachfolgenden Restfestigkeitsberechnung zu berücksichtigen. (Innovationsbericht 2017, Dienel: Individuelle Schadens-bewertung – neuer Ansatz zur Reparatur). In beiden Ansätzen werden die relevanten physikalischen Phänomene berücksichtigt, die das Strukturverhalten bestimmen und eine Bewertung des Schadens ermöglichen.
Validierung schafft Vertrauen
Validierte Modelle sind die Grundvoraussetzung für eine simulationsbasierte Zertifizierung. Dies erfordert eine kontinuierliche Evaluierung und Weiterentwicklung der verwendeten Methoden. Die zur Bewertung von im Betrieb entstandenen Bauteilschäden entwickelte Methode hat sich durch ihre hohe Zuverlässigkeit bewährt. In der Entwurfsphase werden aber noch empirische Daten verwendet, um die Bauteilsicherheit zu gewährleisten. Durch die zukünftige Kopplung von Schlag- & Restfestigkeitssimulation wird die Schadenstoleranz eines Faserverbundmaterials bewertet, ohne dass ein Fallturmexperiment, ein empirischer oder realer Bauteilschaden vorliegen muss. Diese konsequente Weiterentwicklung bewährter und validierter Methoden verringert die Empirie in der Entwurfs- und Nachweisphase neuer Faserverbundbauteile und ist ein wichtiger Baustein zur simulationsbasierten Zertifizierung.
