Die Zulassung einer geklebten Struktur im Flugzeugbau vereinfacht sich, wenn nachgewiesen ist, dass das Versagen bei Überlastung auf die umgebende Faserverbundstruktur begrenzt bleibt. Bisher liefern umfangreiche Testkampagnen diese Information. Eine neu entwickelte Berechnungsmethode ermöglicht nun, die Art des Versagens präzise vorherzusagen. Der Clou ist, zueinander passende Modelle für die verschiedenen interagierenden Schädigungsphänomene zu kombinieren. So ist eine detaillierte Analyse der auftretenden Versagensfälle möglich. Der Testumfang reduziert sich dadurch erheblich. Um die Zulassungsvorschriften für geklebte Primärverbindungen zu erfüllen, sind Rissstoppelemente notwendig. Geplant ist nun, die neue Methode um die Simulation dieser Elemente zu erweitern.
Art des Versagens ist entscheidend
Je nach Auslegungsmethodik ist für Klebverbindungen nachzuweisen, dass die Festigkeit der Klebschicht größer als die Festigkeit der umgebenden Struktur ist. Es ist also entscheidend, zu wissen, wie sich eine Klebeverbindung bei „Überlastung“ verhält. In der industriellen Praxis liefern mangels zuverlässiger Analysemethoden meist physikalische Tests von ausgewählten Designvarianten diese Informationen. Um die Zahl dieser aufwändigen Tests zu reduzieren, besteht der Wunsch nach Analyseverfahren für virtuelle Strukturtests. Es existiert eine Vielzahl von Berechnungsansätzen für die Modellierung der einzelnen Effekte, wie das Verhalten der einzelnen Faserverbundlage, das Ablösen der Einzellagen voneinander, das Fließen des Klebstoffs sowie die Schädigung in Form von Rissen im Klebstoff.
Fokus auf Kombination von Berechnungsansätzen
Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Kombination dieser Ansätze, um das Schädigungsverhalten der gesamten Verbindung abzubilden. Zu diesem Zweck werden zur Kombination geeignete Ansätze ausgewählt, implementiert und Kennwerte von luftfahrttypischen Materialien im zertifizierten FA-Prüflabor ermittelt. Die für die Anwendung an dünnen Klebschichten weiterentwickelte digitale Bildkorrelation ermöglicht es, hochaufgelöste Dehnungsfelder während des mechanischen Tests von Prüfkörpern aufzunehmen und mit ihnen die kombinierte Berechnungsmethode zu validieren.
Das BMWi fördert im VI. Luftfahrtforschungsprogramm das Projekt JoinDT. Ziel des Forschungsprojektes ist es, die Robustheit der Berechnungsmethode zu überprüfen. Weiterhin dient die Methode dazu, die Wirkungsweise und Effektivität von Konzepten zur Festigkeitssteigerung und zum Rissstopp, wie der Surface-Toughening-Technologie, zu untersuchen. Schließlich soll die weiterentwickelte Methode Konstruktionsempfehlungen für diese Art von Klebverbindungen liefern.
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