J. Schwinn, D. Kohlgrüber, E. Breitbarth, M. Besel

Der Entwicklungs- und Zulassungsprozess eines Flugzeugs beinhaltet immer ein aufwändiges experimentelles Versuchsprogramm. Optimierungspotential hinsichtlich Kosten und Zeit besteht durch Reduktion der Anzahl an - insbesondere sehr komplexen ? Versuchen. Erreicht werden kann dies durch Steigerung der Aussagefähigkeit der einzelnen Versuche, ebenso wie durch den Einsatz geeigneter Simulationen. Ebendieser Weg wird in dieser Arbeit durch eine sinnvolle Verknüpfung von Simulationen und realitätsnahem biaxialen Experiment aufgezeigt. Ausgehend von realistischen Lastannahmen werden mit einem Rumpfdimensionierungstool detaillierte Schnittlasten für den ermüdungskritischen oberen Rumpfbereich zwischen Tragflügel und Heckleitwerk ermittelt. Basierend auf diesen Lastdaten wird in einem biaxialen Versuch das statische und zyklische Verhalten einer Probe mit drei aufgebrachten Stringern untersucht. Versuchsbegleitende Finite-Elemente-Simulationen ermöglichen eine präzise Bewertung der Rissspitzenbeanspruchung mittels linear-elastischer Bruchmechanik. Im Szenario eines gebrochenen Stringers wird die Probe während des zyklischen Versuchsprogramms auf ihr Ermüdungsrissverhalten untersucht. Zur Auswertung des Versuchs kommt neben Kraft-, Weg- und Dehnungsaufnehmern ein digitales 3D-Bildkorrelationssystem zum Einsatz, welches berührungslos eine großflächige Ermittlung der Verschiebungs- und Dehnungsfelder ermöglicht. Ein Vergleich der Verschiebungsfelder zwischen biaxialem Versuch und zugehöriger Simulation mit realitätsnaher Krafteinleitung zeigt sehr gute Übereinstimmung für die Stringer-Hautfeld-Probe - sowohl ohne als auch mit Riss. Mit Hilfe der bruchmechanischen Auswertung der Simulationen lässt sich das Rissfortschrittsverhalten der biaxialen Probe auswerten und mit an Standardproben ermittelten Daten aus der Literatur vergleichen.

The development and certification process of an aircraft always involves a complex experimental testing program. Potential for optimization in terms of cost and time lies in reducing the number of tests, particularly those that are highly complex. This can be achieved by increasing the reliability of the individual tests, as well as by using suitable simulations. This approach is demonstrated in this work through a meaningful combination of simulations and a realistic biaxial experiment. Based on realistic load assumptions, detailed internal forces for the fatigue-critical upper fuselage section between the wing and tail assembly are determined using a fuselage dimensioning tool. Based on these load data, the static and cyclic behavior of a specimen with three applied stringers is investigated in a biaxial test. Finite element simulations performed during the test enable a precise evaluation of the crack tip stress using linear-elastic fracture mechanics. In the scenario of a broken stringer, the specimen's fatigue crack behavior is examined during the cyclic testing program. For the evaluation of the test, in addition to force, displacement, and strain sensors, a digital 3D image correlation system is used, which enables non-contact, large-area determination of the displacement and strain fields. A comparison of the displacement fields between the biaxial test and the corresponding simulation with realistic force application shows very good agreement for the stringer skin field specimen – both with and without a crack. Using the fracture mechanics analysis of the simulations, the crack propagation behavior of the biaxial specimen can be evaluated and compared with data obtained from the literature on standard specimens.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, Braunschweig

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2016

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 7 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201609303582

Biaxiale Prüfung, iLoads

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30.09.2016