T. Beelitz, A. Hadzhiyski, R. Kenfack, J. Marzik, B. Popiela, R. Sahr, T. Blümel, A. Krimmer

Im Rahmen dieser Arbeit werden Berechnungsmethoden zur Bestimmung des Torsionswinkels und Torsionsschubflusses dünnwandiger, geschlossenzelliger Profilträger mit inhomogenem Querschnitt untersucht. Analytische Berechnungsmethoden bieten die Möglichkeit eines schnellen und kostengünstigen Systementwurfs. Die Beurteilung dieser analytischen Methoden hinsichtlich ihrer Abweichung von der Realität und Vergleichbarkeit mit anderen aufwändigeren Auslegungsmethoden ist daher von großem Interesse. Dazu werden die analytisch ermittelten Ergebnisse mit numerisch und experimentell bestimmten Werten verglichen und hinsichtlich ihrer Genauigkeit bewertet. Es werden Kastenträger aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit unterschiedlichem Laminataufbau und Wandstärken in Gurt und Steg untersucht. Die Berücksichtigung des anisotropen Verhaltens sowie inhomogener Querschnitte stehen im Vordergrund. Die analytischen Berechnungsverfahren werden mit der klassischen Laminattheorie in MATLAB programmiertechnisch ausgeführt. Die lokalen Steifigkeiten entlang der Profilkontur werden ermittelt. Numerische Simulationen werden mittels Finite-Elemente-Methode in ANSYS durchgeführt. Die praktischen Versuche werden unter reiner Torsionslast vollzogen. Dabei wird der Drillwinkel optisch mittels LIMESS-System bestimmt. Der lokale Torsionsschubfluss wird durch die Messung der Schubverzerrung unter Verwendung von Dehnmessstreifen ermittelt. Die erhaltenen Ergebnisse zeigen auf, dass der Drillwinkel unter Torsionsbelastung mittels analytischer Verfahren für kleine Winkel sehr genau vorhergesagt werden kann. Die ermittelten Versuchsdaten bestätigen die klassischen, stark vereinfachten analytischen Ansätze. Die gemessenen Schubverzerrungen deuten bereichsweise auf einen annähernd konstanten Verlauf hin. Die Berücksichtigung eines inhomogenen Profilquerschnittes mit abschnittsweise veränderlichen Steifigkeiten oder Dicken bietet nur geringfügigen Mehrwert. Die numerischen Ergebnisse stimmen mit den Versuchswerten gut überein.

This work investigates calculation methods for determining the torsion angle and torsional shear flow of thin-walled, closed-cell profile girders with inhomogeneous cross-sections. Analytical calculation methods offer the possibility of rapid and cost-effective system design. Therefore, the evaluation of these analytical methods regarding their deviation from reality and comparability with other, more complex design methods is of great interest. To this end, the analytically determined results are compared with numerically and experimentally determined values and evaluated with respect to their accuracy. Box girders made of glass fiber reinforced plastic with different laminate compositions and wall thicknesses in the flange and web are investigated. The consideration of anisotropic behavior and inhomogeneous cross-sections is paramount. The analytical calculation methods are implemented programmatically in MATLAB using classical laminate theory. The local stiffnesses along the profile contour are determined. Numerical simulations are performed using the finite element method in ANSYS. The practical tests are carried out under pure torsional loading. The twist angle is determined optically using a LIMESS system. The local torsional shear flow is determined by measuring the shear strain using strain gauges. The results show that the twist angle under torsional loading can be predicted very accurately for small angles using analytical methods. The test data confirm the classical, highly simplified analytical approaches. The measured shear strains indicate an almost constant profile in some areas. Considering an inhomogeneous profile cross-section with sectionally varying stiffnesses or thicknesses offers only minor added value. The numerical results agree well with the test values.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2021

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2021

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 9 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2021092413180807777387

10.25967/550319

Faser-Kunststoff-Verbund, Torsionsverhalten von Leichtbaustrukturen, Torsionsschubfluss und Schubverzerrung, Finite-Elemente-Methode

Download - Bitte beachten Sie die Nutzungsbedingungen dieses Dokuments: CC BY-SA 4.0  OPEN ACCESS

Beelitz, T.; Hadzhiyski, A.; et al. (2021): Untersuchung des Torsionsverhaltens dünnwandiger, geschlossenzelliger Profilträger mit inhomogenem Querschnitt. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/550319. urn:nbn:de:101:1-2021092413180807777387.

24.09.2021