B3.4 - New methods for failure and fatigue analysis of suction panels for laminar flow control

Projektziele

Das Teilprojekt B3.4 "New methods for failure and fatigue analysis of suction panels for laminar flow control" dient der Unterstützung des B3-Projekts. Die Hauptinhalte sind Strukturanalysen und daraus abgeleitete Verbesserungsvorschläge für den Bauteilentwurf, um die Materiallebensdauer zu steigern.

Neue Fertigungstechniken, wie beispielsweise additive Fertigung oder automatisierte Faserablage ermöglichen Ingenieuren neue Konstruktionen und die Steuerung von Fertigungsparametern auf eine Art und Weise, die mit traditionellen Techniken nicht umsetzbar ist. Die Nutzung der genannten Fertigungstechniken führt zu neuen Möglichkeiten im Strukturentwurf, wie beispielsweise einer lokal hoch aufgelösten Gestaltung der Bauteildicke, oder der kontinuierlichen Änderung der Vorzugsrichtungen anisotroper Materialien. Die Anwendung dieser neuen Material- und Herstellungsprozesse birgt jedoch auch einige Risiken. Nicht alle Prozessparameter sind exakt steuerbar, was eine große Streuung der Materialeigenschaften zur Folge haben kann. Darüber hinaus existieren noch keine etablierten Modellierungswerkzeugen zur Vorhersage des Ermüdungsverhaltens für diese Material- und Herstellungsprozesse.

Das Ziel von Teilprojekt B3.4 ist es Ermüdungschädigungsmodelle zu entwickeln, die zur Bewertung von Strukturentwurfs eingesetzt werden können. Insbesondere sollen diese die Möglichkeiten bieten, potenzielle Schwachstellen in der konstruktiven Gestaltung zu detektieren und daraus Empfehlungen für eine Lebensdaueroptimierung abzuleiten.

Wissenschaftliche Herangehensweise

Sensitivität gegenüber Design- / Produktionsschwankungen

Ermüdungsversagen ist das Ergebnis eines sukzessiven Schädigungsprozesses infolge zyklischer mechanischer Beanspruchung. Durch Variation der Konstruktions- und Produktionsparameter kann die Bauteillebensdauer maßgebend beeinflusst werden. Das Ziel der Studie ist es, anhand einer Sensitivitätsanalyse zu untersuchen, inwiefern sich vor- oder nachteilige Einflüsse aus der Variation der Parameter bzgl. der Ermüdungsschädigung ergeben. Durch die Kenntnis der lokalen Empfindlichkeit gegenüber konstruktiven und fertigungsbedingten Parametern kann eine gezielte Qualitätssicherung gewährleistet werden, um ein unerwartetes Ermüdungsversagen infolge eines ungünstigen Zusammenwirkens von streuender Materialeigenschaften zu verhindern. 

Anpassung der Strukturtopologie zur Verbesserung der Lebensdauer

Nachdem die Auswirkungen der (steuerbaren) Entwurfs- und Produktionsparameter auf die Materiallebensdauer untersucht wurden, können die gewonnen Kenntnisse zur Topologieoptimierung herangezogen werden. Damit wird es möglich die Struktur leistungsfähiger und gewichtseinsparend zu gestalten. Mithilfe dieses Ansatzes kann damit die Ermüdungslebensdauer erhöht und gleichzeitig die Unsicherheit in Bezug auf ein Bauteilversagen verringert werden.