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Finite Elemente Simulation der Restfestigkeit von geschädigten CFK-Luftfahrtstrukturen

Titel: Finite Elemente Simulation der Restfestigkeit von geschädigten CFK-Luftfahrtstrukturen
Typ:
  • Bachelorarbeit
  • Masterarbeit
Betreuer:
Status: offen

Hintergrund

Beginn: 01.04.2017 (flexibel)

Faserverbundwerkstoffe gehören zu den Leichtbauwerkstoffen, denen die größte potentielle Gewichtsersparnis in der Luftfahrt zugeschrieben wird. Durch die anisotropen Materialeigenschaften ist eine gezielte Auslegung der Struktur entsprechend der Lasten möglich. Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass es bei schlagartigen Belastungen des CFK, z.B. durch einen „Tool-Drop“ oder den Aufprall von Steinen während des Starts, zu signifikanten Schädigungen kommen kann.

Im Rahmen eines Luftfahrt-Forschungsprojektes wurde bereits umfangreiche experimentelle Untersuchungen zum Impact- und Restfestigkeitsverhaltens von CFK-Strukturen durchgeführt. Mithilfe von numerischen Simulationen (FEM) konnten daraufhin Modelle entwickelt werden, die den Schaden im Laminat mit hoher Genauigkeit vorhersagen können. Eine offene Fragestellung ist jedoch, wie hoch die Strukturen nach dem Impact noch belastet werden können (Restfestigkeit)

Problemstellung

Im Rahmen der Abschlussarbeit soll ein numerisches Modell in ABAQUS entwickelt werden, mit dem die Restfestigkeit einer durch Impact geschädigten CFK-Struktur bestimmt werden kann. ABAQUS ist eines der führenden kommerziellen Programme zur Finiten Elemente Simulation in der Luftfahrt und im Automobilbau.
Ausgangpunkt der Abschlussarbeit stellt ein bereits entwickeltes und validiertes Modell zur Impact-Simulation dar. Im ersten Schritt wird durch die Impact-Simulation ein typischer Schaden in der CFK-Struktur erzeugt. Anschließend werden Ansätze entwickelt und bewertet, die den Übertrag des Schadens in das Modell zur Restfestigkeitssimulation gewährleisten. Schließen werden Materialmodelle und Modellierungsansätze ausgewählt, mit denen die Restfestigkeit, also die Schadensausbreitung unter Zug und Druckbelastung, zuverlässig simuliert werden kann.

Mithilfe des neu-entwickelten Modells können dann Parameterstudien durchgeführt werden und die Simulationsergebnisse anhand experimenteller Versuchsergebnisse validiert werden.

Parallel zum dargestellten Thema werden praktische Abschlussarbeiten durchgeführt, sodass die Möglichkeit besteht im Austausch mit Kommilitonen praktische Erfahrungen mit Impact-Versuchen zu sammeln.

Aufgabe

  • Einarbeitung in ABAQUS + Impact-Simulationen
  • Entwicklung eines Ansatzes zur Integration von Impact-Schäden in ein Restfestigkeitsmodell
  • Entwicklung eines Modells zur Simulation von Restfestigkeit vorgeschädigter CFK-Strukturen
  • Durchführung von Impact- und Restfestigkeitssimulation Simulationen (Parameterstudie)
  • Vergleich mit experimentelle Untersuchungen
  • Dokumentation

Anforderung

  • Interesse am Strukturverhaltens von CFK
  • Interesse an Finite Elemente Simulation
  • Keine spezifischen Programmierkenntnisse erforderlich
  • Verantwortungsvolle und gewissenhafte Arbeitseinstellung

Kenntnisgewinn

  • Strukturverhalten CFK bei Impact
  • Modellerstellung und Simulation mit ABAQUS
  • Simulation von Composites-Strukturen