Bei der Auslegung von geklebten Flugzeugstrukturen ist die Art des Versagens entscheidend. Konkret soll das Versagen bei Überlastung auf die umgebende Faserverbundstruktur begrenzt bleiben. Aufgrund der Wechselwirkung von Schädigungsmechanismen lässt sich das Versagensverhalten nicht ohne Weiteres vorhersagen. Um den Konstruktionsprozess zu vereinfachen, sollen Richtlinien sicherstellen, dass Klebungen keine Schwachstellen der Struktur darstellen. Üblicherweise sichern umfangreiche physische Versuchskampagnen solche Konstruktionsrichtlinien ab, da geeignete numerische Berechnungsmethoden fehlen. Eine neu entwickelte Berechnungsmethode ermöglicht es nun allerdings, durch Kombination zueinander passender Schädigungsmodelle, die auftretenden Versagensfälle detailliert zu analysieren und physische Tests auf ein Minimum zu reduzieren. Geplant ist, mit der neuen Methode auch Vorschädigungen zu berücksichtigen.
Tieferes Verständnis durch virtuelle Strukturtests
Die Auslegung von geklebten Längsnähten in Flugzeugrümpfen dient als Beispiel, um die kombinierte Berechnungsmethode zu erproben. Unter Ausnutzung des ebenen Dehnungszustandes und bei Beschränkung auf den Hauptlastfall, der aus dem Innendruck resultiert, sind virtuelle Strukturtests mit überschaubaren Rechenzeiten realisierbar. Dies ermöglicht es nicht nur, das Verhalten verschiedener Designvarianten zu ermitteln, sondern auch weitere Parameter, wie den Einfluss der Überlappungslänge auf das Versagensverhalten, numerisch zu untersuchen. KonstrukteurInnen erhalten so nicht nur ein Werkzeug, um Designs abzusichern, sondern auch ein tieferes Verständnis für die Wirkmechanismen in der Verbindung.
Geschickte Reduktion von physischen Tests
Um zwei Halbschalen zu einer Rumpfsektion zu fügen, müssen zwei große Bauteile sehr genau zueinander ausgerichtet sein. Die erforderliche Positioniergenauigkeit und die resultierende Überlappungslänge der Klebung beeinflussen den Montageaufwand erheblich und folglich auch die Produktionskosten. Virtuelle Strukturtests mit der entwickelten Berechnungsmethode ermöglichen es, ausgehend von der nominalen Überlappungslänge, die minimal mögliche Länge zu finden, bei der sich die Versagensart nicht ändert. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass das Versagen bei Überlastung nicht in der Klebung selbst auftritt, sondern auf die umgebende Struktur begrenzt bleibt. Ist diese Überlappungslänge gefunden, reicht es aus, diese eine Konfiguration mit physischen Tests zu überprüfen. So lässt sich ein Großteil der physischen Tests durch virtuelle ersetzen.
Einfach sicher (K)leben
Das BMWi fördert im VI. Luftfahrtforschungsprogramm das Projekt JoinDT – Joining with predictable Damage Tolerance. Ziel des Forschungsprojekts ist es, Vorschädigungen aus Impact- und Ermüdungssimulationen in der Analyse der Festigkeit und des Versagensverhaltens mit der neuen kombinierten Methode zu berücksichtigen. Dadurch lässt sich die Restfestigkeit verschiedener geklebter Verbindungen, inklusive solcher mit Rissstoppelementen, virtuell ermitteln. Kurz gefasst: Die Methode unterstützt KonstrukteurInnen dabei, Konstruktionsrichtlinien für komplexe Klebverbindungen zu erarbeiten und diese schnell und kostengünstig virtuell abzusichern.
