Impactsimulation von Faserverbundstrukturen

Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen, bei denen Schäden äußerlich erkennbar sind, führen schlagartigen Belastungen (Impact) bei Faserverbundwerkstoffen zu internen Schäden. Diese Delamination und Matrixbrüche können während des kompletten Flugzeuglebens unentdeckt bleiben. Um sicher zu gehen, dass die strukturelle Tragfähigkeit der Primärstrukturen in diesen Fällen dennoch gewährleistet ist, sind aktuell umfangreiche und kostenintensive Versuchsprogramme notwendig. Mithilfe innovativer Simulationsmodelle soll zukünftig der Entwicklungsprozess beschleunigt und ein Großteil der Versuche durch "Virtuelles Testen" ersetzt werden.

Experimentelle Untersuchungen: Die strukturelle Schädigung von schlagartig belasteten Faserverbundstrukturen wird anhand genormter Impactversuchen charakterisiert. Mittels Phased-Array Ultraschallmessungen lassen sich dabei die Delaminationsbereiche detailliert erfassen. Die so geschädigten Platten werden anschließend auf Druck (Compression After Impact) und Zug (Tension After Impact) belastet, um die Reduktion der Festigkeit experimentell zu ermitteln. Der komplexe Schädigungsprozess wird dazu anhand digitaler Bildkorrelation mit einem 4-Kamera ARAMIS System analysiert und bildet die Grundlage zur Validierung der Simulationsmethodik.

Impact- und Restfestigkeitssimulation: Zur Simulation des Impact- und Restfestigkeitsverhaltens von Faserverbundstrukturen muss der komplexe Schädigungsprozess im Laminat abgebildet werden. Die Forschungsinhalte umfassen die Entwicklung von spezifischen Materialmodellen, Modellierungsstrategien und Mappingmethoden zur Darstellung einer geschlossenen Entwurfskette. Mithilfe verschiedener Modellierungsansätze soll einerseits diskretes Versagen abgebildet werden, um ein besseres Verständnis bezüglich der Schädigungsmechanismen zu generieren (Discrete Damage Modelling). Andererseits sollen Lösungen gefunden werden, welche im industriellen Umfeld während des Entwicklungsprozesses eingesetzt werden können (Stacked Shell Modelling).