Beanspruchungsbasierte Potenzialbewertung für Faserverbund-Bauweisen

Die Beanspruchung von Faserverbundstrukturen kann heutzutage numerisch bestimmt werden. Jedoch muss der spezifische Lagenaufbau des Laminats für jedes Bauteile entsprechend definiert werden. Die Faserorientierung in den einzelnen Lagen des Laminats kann der Berechnungsingenieur zunächst anhand von Erfahrungswerten wählen und gegebenenfalls numerisch optimieren. Letztlich führt der iterative Prozess zu einer numerisch abgesicherten Auslegung eines Bauteils. Für die schnelle Abschätzung des Potenzials eines Bauteils oder einer Baugruppe für Faserverbundbauweisen, wird am Institut eine spezielle Methodik entwickelt. Ziel ist es, automatisiert bestehende Berechnungsergebnisse zu analysieren und Vorschläge bezüglich einer geeigneten Umsetzung in Faserverbundbauweise und des Potenzials der Umsetzung auszugeben. Hierdurch kann die Entwicklungszeit von Baugruppen durch Filterung geeigneter Strukturen signifikant verkürzt werden.

Im Postprocessing erfolgt ein schnelles Screening der Beanspruchungsverteilung in der Baugruppe. Die Beanspruchung in allen Bauteilen der Baugruppe wird basierend auf bestehenden Berechnungen der isotropen (bspw. metallischen) Struktur analysiert. In der anschließenden Analyse erfolgt eine elementweise Bewertung von Hauptnormalspannungsverteilungen für mehrere Lastfälle. Durch die Bewertung der Beanspruchung, anhand von Hauptnormalspannungen, können geeignete Lagenaufbauten analytisch bestimmt werden. Anschließend werden über eine Potenzialabschätzung unterschiedliche Lagenaufbauten evaluiert. Die Lagenaufbauten quasi-isotrop, biaxial und unidirektional unterscheiden sich in ihrem strukturellen Potenzial gegenüber herkömmlichen isotropen Bauweisen. Durch gezielte Betrachtung von Bereichen mit hohen Potenzialen kann der folgende Auslegungsaufwand (nach Stand der Technik) auf wenige zielführende Bauteile reduziert werden.