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Analytische Beulberechnung von Faserverbundstrukturen

Flugzeuge und FlugzeugsystemeMaterialienÖko-Effizienz

Entwicklung von hocheffizienten Berechnungsmethoden zur Beschreibung des Beul- und Nachbeulverhaltens von versteiften und unversteiften Flächentragwerken aus Faserverbundwerkstoffen unter ebenen Belastungen.

In vielen Feldern des Leichtbaus finden Strukturen aus Faserverbundwerkstoffen eine stetig steigende Verwendung. Bei der Bildung des mechanischen Modells der realen Struktur, wie z.B. eines Schiffs- oder Flugzeugrumpfs, wird die Gesamtstruktur dabei häufig in Unterstrukturen aufgegliedert, welche dann mittels Stäben, Balken, Platten oder Schalen idealisiert werden können.

Im Rahmen des kooperativen Promotionsverfahrens werden verschiedene Berechnungsverfahren zur Beschreibung des linearen und nichtlinearen Beulverhaltens von versteiften und unversteiften Flächentragwerken entwickelt.

Untersucht wird unter anderem das lineare und nichtlineare Beulverhalten folgender Strukturkonfigurationen:

  • Die allseitig gelenkig gelagerte, schwach gekrümmte, orthotrope Kreiszylinderschale unter Längsdruckbelastung.

  • Der anisotrope Plattenstreifen mit beidseitig elastisch eingespannten Längsrändern unter biaxialer Druckbelastung und Schub.

  • Die orthotrope Platte mit einseitig elastisch eingespanntem und freiem Längsrand unter Druckbelastung.

  • Der mit T-Profilen versteifte, anisotrope Plattenstreifen mit periodischen Längsrandbedingungen unter Längsdruckbelastung und Schub.

Das Hauptziel in der Entwicklung der Berechnungsverfahren ist eine hohe Recheneffizienz. Deswegen kommen Variationsmethoden in Kombination mit Formfunktionen mit nur wenigen Freiheitsgraden zur Anwendung um die Stabilitätsprobleme zu lösen.

Durch Einsetzen der Formfunktionen in die Kompatibilitätsbedingung der ebenen Verzerrungen werden geschlossen-analytische Lösungen der Airy'schen Spannungsfunktionen gewonnen. Danach werden die Gleichgewichtsbedingungen verwendet, um mittels des Galerkin-Verfahrens die Last-Durchbiegungs-Beziehungen herzuleiten. Alle übrigen Kenngrößen, wie ebene Verschiebungen und Spannungen, werden im Anschluss über die Kinematik und das Materialgesetz berechnet.

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Michael Seibel, michael.seibel(at)haw-hamburg.de, 040-42875-7988

Dipl.-Ing. (FH) Matthias Beerhorst, matthias.beerhorst(at)haw-hamburg.de 

Leitung

HAW Hamburg, Department Fahrzeugtechnik und Flugzeugbau

Partner

TU Berlin