Simulation von Ermüdungsrisswachstum in Klebeverbindungen

Struktursimulation

Entwicklung eines Riss-Stopper-Konzepts für die schadenstolerante Auslegung von Klebeverbindungen in Luftfahrtstrukturen.

Das Kleben von Faserverbundwerkstoffen bietet vielseitige Vorteile gegenüber dem mechanischen Fügeprozess. Dennoch behindern aktuelle Zertifizierungsrichtlinien und fehlende Simulationsmethoden den Einsatz von Klebeverbindungen in Primärstrukturen von Passagierflugzeugen. Durch zahlreiche Nietverbindung muss verhindert werden, dass sich ein Schaden in der Klebeverbindung während des Betriebs des Flugzeugs ausbreitet. Im Rahmen der Forschungsprojekte werden neue Ansätze zur Auslegung von Klebeverbindung mit riss-stoppenden Strukturen entwickelt. Im Gegensatz zum aktuellen Zertifizierungsansatz wird dabei die Ausbreitung eines Schadens zugelassen, solange diese durch spezielle Entwurfselemente gestoppt und die notwendige Restfestigkeit gewährleistet wird. Der Entwicklungsprozess wird dabei in folgende Abschnitte unterteilt:

Simulation von Ermüdungsrisswachstum: Basierend auf dem Kohäsivzonenmodell wird ein Ansatz zur Simulation von Ermüdungsrisswachstum in Klebeverbindungen entwickelt. Das Modell bildet wesentliche Materialeigenschaften moderner zähmodifizierter Klebstoffe ab und ist in der Lage komplexe Rissfronten korrekt abzubilden. Hierfür werden vorangegangene Schädigungen und intralaminare Schädigungen für die Berechnung des Ermüdungsrisswachstums in der Klebschicht bzw. interlaminare Schäden berücksichtigt.

Methodik zur Materialcharakterisierung: Die Materialcharakterisierung bildet die Grundlage des Simulationsmodells und bestimmt wesentlich dessen Genauigkeit. Hierbei kann kaum auf bestehende Normen zurückgegriffen werden. Es wird deshalb ein Versuchsprogramm definiert und entsprechende Auswertemethoden entwickelt, sodass eine möglichst lückenlose Parameteridentifikation ermöglicht wird.

Experimentelle und numerische Charakterisierung von riss-stoppendenden Strukturen: Zur Validierung der entwickelten Simulationsmethoden werden Probekörper mit entsprechenden riss-stoppenden Strukturen getestet. Dabei dienen in-situ Messungen mittels Mikroskop Kameras der Erfassung des zweidimensionale Rissverlauf und unterstützen die Ableitung von Riss-Stopper-Mechanismen. Die Simulationen ermöglichen einen vertieften Einblick in die Funktionsweise der riss-stoppendenden Strukturen und bilden die Grundlage für den digitalen Entwurfsprozess schadenstoleranter Klebeverbindungen.

Weiterführende Informationen & Förderprojekte

Ausgangssituation/Zielsetzung

  • Numerische Simulation von Impactschäden auf verklebte CFK-Strukturen. Dabei werden sowohl Schädigungen in den Fügepartnern als auch in der Klebeschicht abgebildet.

Kontakt

Miriam Bastek, Lucas Münch

Weiterführender Link

Projektvorstellung auf der Newsseite

Ausgangssituation/Zielsetzung

  • Entwicklung von Leitlinien und Analyse Methoden für geklebte Reparaturen bereitzustellen um eine schadenstolerante Design Philosophy zu ermöglichen. Dazu gehört auch ein No Growth /slow Growth Designansatz für größere Verbundstoffreparaturen als von der derzeitigen Zertifizierungspolitik erlaubt. 
  • Weiterentwicklung des SHM-Überwachungssystems zur Überwachung des Reparaturpatches und der Umgebung gearbeitet. Der Einfluss der Alterung auf die Festigkeit der Klebestelle wird ebenfalls untersucht werden.

Kontakt

Lucas Münch

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Projektvorstellung auf der Newsseite

Dieses Bild zeigt Lukas Münch

Lukas Münch

M.Sc.

Wissenschaftlicher Mitarbeiter

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