M.I. Zuardy, P.C. Zahlen, C. Mudra, A.S. Herrmann

Sandwichpaneele finden in Luftfahrtstrukturen aufgrund ihrer hohen spezifischen Biegesteifigkeit und der damit verbundenen hervorragenden Beulstabilität immer mehr Verwendung [1]. Die numerische, strukturmechanische Analyse derartiger Strukturen mittels FEM1 erfordert besondere Strategien hinsichtlich des Homogenisierungs- bzw. Abbildungsgrades der einzelnen Sandwichkomponenten. Die für monolithische CFK-Strukturen meist eingesetzte Modellierungsstrategie mit einer erweiterten, geschichteten Schalenelementformulierung kann weiterhin zur Abbildung des Sandwichpaneels im globalen FE-Modell2 verwendet werden. Der im Vergleich zu den monolithischen CFK-Häuten relativ dicke Sandwichkern wird mit entsprechenden Kennwerten als eine zusätzliche Schicht zwischen den beiden Hautschichten formuliert. Für die Modellierung einer detaillierteren Sandwichstruktur, zum Beispiel eines repräsentativen Ausschnitts samt der Schnittlasten aus dem gesamten Sandwichpaneel, wird die so genannte 2D-3D Modellierungstechnik3 herangezogen. Die beiden monolithischen Deckhäute werden dabei wiederum mit geschichteten Schalenelementen idealisiert während der Sandwichkern mit isotropen oder anisotropen Solidelementen mit den verschmierten Eigenschaften für einen Waben- bzw. verstärkten Kern modelliert wird. Die Ermittlung der verschmierten Kerneigenschaften kann analytisch oder numerisch erfolgen, wobei bei der letzteren Berechnungsstrategie die einzelnen Wabenzellwände und die nadelförmigen Verstärkungen im Schaumkern jeweils mit Schalen- bzw. Balkenelementen abgebildet werden können. Die anschließend für das unter Schub- Druck-Lasten stehende Paneel durchgeführte nichtlineare Stabilitätsanalyse zeigte eine sehr gute Übereinstimmung mit den mittels eines optischen Hochgeschwindigkeitsrastersystems aufgenommenen Paneelverformungen. Bei einer Schlagstoßbelastung eventuell entstehende Schäden lassen sich ebenfalls mit wenig Aufwand in den Solidelementen des Kerns mitmodellieren.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2010

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress Tagungsband - Manuskripte, 2010, 2010, ; S.517-526; 2010; Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn

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2010