Themenbeschreibung
Sandwichverbundstrukturen kommen aufgrund ihres hervorragenden Leichtbaupotentials in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz und sind Gegenstand der Forschung am Institut für Flugzeugbau. Vorwiegend werden am Institut neuartige gefaltete Kernstrukturen entwickelt und erforscht, die eine hochleistungsfähige Alternative zu kommerziellen Sandwichkernwerkstoffen darstellen. Diese Faltkerne entstehen durch einen Faltprozess aus einem ebenen Halbzeug und erlauben eine große Auswahl an Materialien und Zellgeometrien. Die Kerne bilden zudem eine offene Struktur, die für eine Funktionsintegration genutzt werden kann. So ist z.B. die Integration von Leitungen oder Sensorik möglich, aber auch ein direkter Medientransport zur aktiven Temperierung der Sandwichstruktur. Die mechanischen Eigenschaften der Faltkern-Sandwichverbünde sind neben der Materialauswahl von der Faltgeometrie abhängig. Diese lässt sich nahezu beliebig variieren und erlaubt eine große Gestaltungsvielfalt mit Anpassung an mechanische und funktionelle Anforderungen.
Forschungsfelder
Arbeitsgebiete
Vierpunkt-Biegeversuch an einem Faltwaben-Sandwichpanel
Struktursimulation einer Faltkernzelle
Faltkern
Strukturauslegung und Fertigung
Die hohe Gestaltungsvielfalt der Faltkerne mit entsprechendem Einfluss auf die Eigenschaften des gesamten Sandwichverbunds bieten ein großes Potential zur lastgerechten Auslegung der Leichtbaustrukturen. Dies beinhaltet eine große Komplexität bei der strukturellen Auslegung der Struktur und der mathematischen Beschreibung des Faltvorgangs. Zudem ist die Faltbarkeit durch Randbedingungen in der Fertigung begrenzt. Am Institut für Flugzeugbau wird daher eine Prozesskette zur anwendungsspezifischen Auslegung der Kerne entwickelt. Die Fertigung der Kerne erfolgt intern im Prototyenmaßstab.
Struktursimulation
Zur Abbildung der komplexen Vorgänge unter Belastung werden strukturmechanische Analysen der Faltkerne durchgeführt. Dies erlaubt eine schnelle Analyse der mechanischen Eigenschaften und die Untersuchung einer großen Menge unterschiedlicher Geometrien. Eine modellbasierte Optimierungsumgebung erleichtert die schnelle Bewertung von Geometrien im Hinblick auf bestimmte Einsatzszenarien.
Mechanische Charakterisierung von Sandwichwerkstoffen
Das Institut für Flugzeugbau verfügt über die Ausstattung zur Materialcharakterisierung für die eingesetzten Halbzeuge, sowie zur mechanischen Charakterisierung der gesamten Sandwichverbünde. Dazu gehören Druckversuche, Zugversuche, Schubversuche, Biegeversuche und Impactversuche.
Förderprojekte & weiterführende Informationen
Weitere Informationen zur numerischen Simulation von Faltkernen:
Link:
Ausgangssituation/Zielsetzung
- Forschung zu gefalteten Sandwichstrukturen aus Metallblech
- Dickwandige metallische Faltwabenkerne bieten ein erhebliches Potenzial für den industriellen Einsatz als flächige Verkleidungselemente, Crash- und Trägerstrukturen, erfordern aber neuartige Herstellkonzepte mit hohen Prozesskräften
- Komplexe zelluläre Strukturen aus Aluminium- oder Stahlfeinblech sollen mit Blechdicken > 0,5mm hergestellt werden
Lösungsweg
- Neuer Arbeitsfluss für gesamten Herstellungsprozess
- Entwicklung neuer Fertigungstechnologien
- Erfassung technologischer Prozessgrenzen
- Herstellung und Optimierung von Proben aus dickem Blech
Kontakt
DFG-Projekt - Link zu mehr Projektinformationen:
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/427257349?context=projekt&task=showDetail&id=427257349&
Ausgangssituation:
- Verfahrensentwicklung zum Widereinsatz von Carbonfaserresten aus der Luftfahrt am Beispiel einer Sandwichstruktur
- Entwurf und Umsetzung einer doppelschaligen Rumpfstruktur aus Sandwichmaterial unter der Verwendung von thermoplastischen Verbundwerkstoffen aus rezyklierten Carbonfasern (rCF)
Lösungsweg:
- Herstellung von thermoplastischen Vlieshalbzeugen aus Carbonfasern aus Abfall aus dem Fertigungsprozess für Faserverbundbauteile
- Verfahrensentwicklung zur Faltkernherstellung aus rCF-Vlies
- Auslegung und Bau eines sortenreinen Demonstrator-Sandwichbauteils
Kontakt:
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Simon Thissen
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter
Neil Witthöft
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter