Grundlagenprojekte

 

ICompJoint

Nietverbindungen, die in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommen, werden meist durch konventionelle Flugzeugnieten realisiert. Bei diesem Fügeverfahren, sind prinzipiell zwei Schritte nötig. Im ersten Schritt werden die zu fügenden Bauteile vorgebohrt und im zweiten Schritt wird die Niete gesetzt. Um kürzere Zykluszeiten realisieren zu können, kommen vorallem im Automobilbau vorleichfreie Nietverfahren zum Einsatz, wobei der Niet gleichzeitig auch zum Stanzen verwendet wird. Dabei wird das Laminat der Fügeteile vorgeschädigt.

Im Rahmen der Forschungsarbeiten am Institut für Strukturmechanik und Leichtbau, wird der Effekt der Vorschädigung durch den Fügeprozess auf die Tragfähigkeit der Nietverbindung sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht.

Ansprechpartner: Linus Friedrich, Mohd Suhairil Meon

 

Klebeverbindungen

Klebeverbingdung im Test Urheberrecht: SLA

Klebverbindungen ziehen zunehmend das Interesse in der Transportindustrie auf sich, denn im Vergleich zu anderen Verbindungstechniken, wie Nieten und Schraubverbindungen, bieten sie viele Vorteile. Ihre Beständigkeit ist allerdings gegen zyklische Belastung immer noch eine große Sorge.

Da die Ermüdungsprüfung oft teuer und zeitaufwendig ist, werden durch Verwendung numerischer Methoden bei der Auslegung gegen Ermüdung bzw. der Lebensdauervorhersage Zeit und Kosten gespart.

Forschungsaktivitäten am SLA beschäftigen sich hierbei mit:

  • der Bruchcharakterisierung von Klebverbindungen unter statischer und dynamischer Belastung
  • der Dimensionierung geklebter Strukturen unter Ermüdungsbelastung (z.B. Patch-Reparaturen, etc.)
  • der Entwicklung von numerischen und analytischen Rahmenbedingungen für die Lebensdauervorhersage geklebter Verbindungen

Forschungsbereiche:

Methoden & Optimierung Betriebsfestigkeit & SHM

 

5D Druck

5D Druck von endlos-faserverstärkten Kunststoffbauteilen

Der Leichtbau gehört aus vielfältigen Gründen immer noch zu den führenden Forschungstrends. In seinem Umfeld haben sich mehrere Technologien unabhängig voneinander entwickelt und es zu einer gewissen Reife gebracht. In diesem Zusammenhang seien besonders die Entwicklung von Faserkunststoffverbunden und der 3D-Druck von Strukturen genannt. Es ist allerdings noch nicht gelungen, diese zwei Technologien vollständig zusammenzuführen. Ursächlich hierfür ist die Tatsache, dass es noch nicht gelungen ist, Lang- oder Endlosfasern in Aufbaurichtung eines additiv gefertigten Bauteils einzubringen. Damit erlangen 3D-gedruckte Bauteile aus Faserkunststoffverbunden nie eine dreidimensionale Tragfähigkeit.

Ziel des Ansatzes ist es, ein neuartiges Fertigungsverfahren auf der Basis eines Schmelzschichtverfahrens (Fused Deposition Modelling) und die zugehörige Konstruktions- und Berechnungsmethodik zu beschreiben, welches diese zwei Technologien erstmalig zusammenführt.

 

ISmartFEM

Die numerische Vorhersage des Verhaltens von dünnwandigen Verbundstrukturen bei großen Verformungen stellt heute im Rahmen der ‚multi-field-coupled‘-Analyse eine zentrale Herausforderung dar. Das Hauptziel des iSmartFEM-Vorhabens liegt in der Entwicklung eines Schalenelementes, welches bei der Lösung von vielfältigen ‚multi-field-coupled‘-Problemen unter Berücksichtigung von struktur- und materialbedingten Nichtlinearitäten angewendet werden kann.

Der erste Schritt des Vorhabens ist die Konzipierung eines Elements mit einer thermal-piezomechanischen Kopplung, welches die Modellierung und die Berechnung von mit Piezo-Laminaten bestückten Strukturen bei thermischen, elektrischen und mechanischen Lasten erlauben soll. Der zweite Schritt ist die Aufstellung eines numerischen Modells für die Verhaltensvorhersage von mit magnetoelektroelastischen Laminaten bestückten Schalenstrukturen. Schließlich soll untersucht werden, wie sich die linearen und nichtlinearen Materialgesetze auf das Verhalten dünnwandiger Laminatstrukturen im Fall von ‚smart-material‘-Schichten sowohl bei späteren statischen und dynamischen Anwendungen auswirken.

Ansprechpartner: Rao Mekala

 

Strukturelle Schadensindikatoren

SmartSHM Spant Urheberrecht: SLA

Effiziente Zustandsüberwachung durch optimierte strukturelle Schadensindikatoren

Bereits seit Jahrzehnten werden unter dem Schlagwort des Structural Health Monitoring (SHM) Ansätze zur Strukturüberwachung untersucht. Besonders im Zuge des Technologischen Fortschritts der letzten Jahre stieg das Interesse stark an. Dies lässt sich unteranderem aus dem starken Wachstum des Netzwerks ableiten (z.B. International Workshop of SHM). Dennoch findet SHM kaum Anwendung in der industriellen Praxis. Derzeitigen Systemen mangelt es meist an Effizienz. Entweder wird ein enormer Aufwand an Sensorik eingesetzt oder die Sensitivität ist ungenügend.

Um ein effizientes SHM zu ermöglichen, baut SmartSHM auf dem Wissen der Bauteilauslegung aus. Hier werden strukturelle Berechnungsmethoden eingesetzt um ein umfangreiches Verständnis für das Bauteil und sein mechanisches Verhalten zu erlangen. So genannte Hot Spots, hochbelastete Bereiche, in denen ein Schaden erwartet wird, sind daher bereits bekannt. Durch die Verwendung von numerischen und analytischen Modellen wird der Einfluss vom erwarteten Schaden auf das strukturelle Verhalten untersucht und potentielle Schadensindikatoren untersucht. Dieser Ansatz führt zu optimierten strukturellen Schadensindikatoren und einer deutlichen Verbesserung der Effizienz.

Forschungsbereiche:

Betriebsfesigkeit & SHM

Ansprechpartner: Andreas Preisler

 

Ermüdungsverstärkung

Stahl-CFK-Verbundprobe Urheberrecht: SLA

Die Verbesserung des Ermüdungsverhaltens metallischer Strukturen ist bis heute in vielen Bereichen von großem Interesse. Dem gegenüber steht in vielen Bereichen das Bestreben nach einem geringen Strukturgewicht. Gesucht werden also Lösungen, die diese beiden Fragestellungen berücksichtigen.

In verschiedenen Bereichen, wie beispielsweise dem Brückenbau, findet sich der Ansatz, Ermüdungsrisse mit Hilfe von „Pflastern“ aus Faserverbundwerkstoffen (FVW) zu reparieren. So kann die Lebensdauer von bereits geschädigten Strukturen deutlich erhöht werden. Dieses Prinzip lässt sich auch bei intakten Strukturen verwenden: FVW-Pflaster werden dort appliziert, wo Ermüdungsrisse zu erwarten sind. Die lokale Versteifung der Struktur führt dabei zu einer erhöhten Lebensdauer des Bauteils.

Obwohl dieses Prinzip bereits an vielen Stellen angewandt wird, finden sich bisher keine Auslegungsrichtlinien für solche Reparatur- bzw. Versteifungspflaster. Die Untersuchung des Ermüdungsverhaltens dünnwandiger mit FVW-Pflastern versteifter Bleche ist Inhalt der Forschung am SLA. Ziel ist es, das mechanische Verhalten eines solchen Werkstoffverbundes unter dynamischen Lasten zu beschreiben und grundsätzliche Gestaltungsrichtlinien daraus abzuleiten.

Ansprechpartner: Ulrike Schlauch