M. Quatmann, H.-G. Reimerdes, L. Wang

Moderne Flugzeugrümpfe werden zunehmend aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt, um Strukturmasse zu sparen. Dies erschwert die erforderliche Strukturauslegung und -berechnung, vor allem im Hinblick auf eine dem Kraftfluss angepasste fasergerechte Auslegung. Insbesondere zur Strukturoptimierung in der Vorauslegungsphase von Flugzeugrümpfen werden schnelle mathematische Modelle zur Berechnung der Spannungen und Verformungen benötigt, welche bei geringer Rechenzeit eine hohe Genauigkeit der Berechnung und eine Analyse des Nachbeulbereichs erlauben. Zur Strukturanalyse wird in diesem Zusammenhang ein Flugzeugrumpf in Strukturabschnitte aufgeteilt, für die ein Substrukturelement entwickelt wird. Die Elemente bestehen aus einer Membranschale mit verschmierten Stringern, die an diskrete gekrümmte Balkenelemente angeschlossen sind. Zur Berechnung der Spannungs- und Dehnungsverteilung im Nachbeulbereich werden die Elementsteifigkeiten durch analytische Berechnungen auf Basis der Theorie der mittragenden Breite für Druckbelastung abgemindert sowie die Zusatzbelastung der Stringer infolge der Ausbildung eines Diagonalzugfelds bei Schubbelastung berechnet. Zur Verifizierung werden für einige Basislastfälle Vergleichsrechnungen zwischen dem neuen Ansatz und Rechnungen bei Verwendung konventioneller finiter Elemente durchgeführt. Hierbei kann eine gute Übereinstimmung der Ergebnisse, auch im Vergleich mit feinvernetzten Rechenmodellen, bei deutlich verkürzter Rechenzeit verglichen mit derzeitigen für die Strukturoptimierung entwickelten groben Elementnetzen festgestellt werden. Die vorgestellte Modellierung erlaubt eine Strukturanalyse im Vorauslegungsstadium mit einer geringen Anzahl von Freiheitsgraden und damit sehr geringer Rechenzeit bei ausreichender Genauigkeit für die globale Strukturanalyse. Hierbei können sowohl lokale Lasteinleitungen als auch Öffnungen wie beispielsweise Türen bereits in einer frühen Entwicklungsphase berücksichtigt werden.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2010

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 7 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2010, 2010, ; S.1151-1157; 2010; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

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2010