Ein Ingenieurmodell für den rißfortschritt in hochleistungsgefrästen (HPC) Panels

In der heutigen Zeit werden von den Flugzeugherstellern kosteneffiziente und umweltschonendere Flugzeuge gefordert, die gleichzeitig leistungsfähiger als bishere sein sollen. Neben vielen anderen, auf neuesten Forschungserkenntnissen beruhenden Innovationen, gilt dabei auch der Reduzierung der Abflugmasse bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit ein besonderes Augenmerk. Herkömmliche Flugzeuge entstehen durch Vernietung einzelner Bauteile zu einer Gesamtstruktur. Durch Einsatz neuer Fertigungsverfahren und durch das Fortschreiten neuer Fertigungstechnologien können Bauteile, die früher mit Nieten hergestellt werden, z.B. durch Fräsen aus einem Block gefertigt werden. Neben einer beanspruchungsgerechteren Konstruktion lassen sich auch Mindestwandstärken vermeiden, Fertigungszeiten reduzieren und Gewicht einsparen, da die Verbindungselemente fehlen. Trotz allem müssen diese Teile den hohen, luftfahrtspezifischen Anforderungen genügen. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf Schadenstoleranz dieser Bauteile, d.h. wie verhält sich das Bauteil, wenn ein Schaden auftritt, speziell, wie breitet sich ein Riß in so einer integralen Struktur aus. In dieser Arbeit sind nun die bisher für differentiell hergestellte Bauteile verwendeten Analyseverfahren so weiterentwickelt worden, daß sie auch für integrale Strukturen nutzbar sind. Dabei wird ein Hautfeld mit mehreren integralen Versteifungen betrachtet, die eine unterschiedliche Geometrie aufweisen. In Kapitel 2 werden noch einmal kurz die theoretischen Grundlagen dargestellt, die für die Berechnungen benötigt werden. Anschließend werden im Kapitel drei die für die herkömmliche Bauweise von mit Stringern versteiften Hautfeldern dargestellt. Dabei muß unterschieden werden, daß einmal die Versteifung intakt, angerissen und gebrochen ist. Dies ist für die versteifte Haut ohne Biegung gezeigt, eine Lösung mit Biegung ist aber nur für intakte und gebrochene Versteifungen vorhanden, wenn diese auf der Haut aufgeklebt sind. Im Kapitel vier werden diese vorhandenen Lösungsansätze so weiterentwickelt, daß damit auch integrale Strukturen unter zusätzlicher Biegung berechnet werden können, wobei eine Unterscheidung des Versteifungszustandes (intakt, angerissen oder gebrochen) berücksichtigt wird. Die in den Kapiteln 2 bis 4 aufgezeigten und weiterentwickelten Verfahren werden mit Hilfe von Ergebnissen aus Finite Elemente Rechnungen und Versuchsergebnissen validiert. Dafür werden im Kapitel 5 kurz die Grundlagen dargestellt, die bei bruchmechanischen Untersuchungen mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente zu beachten sind. Außerdem wird kurz das Vorgehen zum Erzeugen des Modells erläutert und das Prinzip des Netzgenerators beschrieben. Im Kapitel 6 werden die für die Versuche verwendeten drei Probengeometrien vorgestellt. Weiterhin werden der Versuchsaufbau, die Versuchsdurchführung und die Besonderheiten beim Einbringen des Risses in die Struktur ausführlich beschrieben. Getrennt nach Probenform und Probengeometrie werden die Versuchsergebnisse dargestellt und erste Rückschlüsse auf das Rißwachstumsverhalten gezogen. Außerdem ist darauf hingewiesen worden, worauf bei der Probenvorbereitung besonderes Augenmerk gelegt werden muß, um den Berechnungen Eingabewerte zur Verfügung zu stellen, damit diese miteinander verglichen werden können. Für die Dokumentation der Versuche bzw. das Feststellen des Rißwachstums werden Hinweise und Anregungen gegeben, um die Ergebnisse sicherer und einfacher zu erhalten, so daß die Vergleichbarkeit verbessert werden kann. In Kapitel 7 werden alle Ergebnisse dargestellt, miteinander verglichen und Rückschlüsse dahingehend gezogen, wie eine integral versteifte Struktur mit Blick auf das schadenstolerante