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48,80 €ISBN 978-3-8440-4035-7Paperback182 Seiten7 Abbildungen270 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
November 2015
Michael Quatmann
Entwicklung einer Methode zur strukturellen Vorauslegung von Flugzeugrümpfen aus Faserverbundwerkstoffen
In dieser Arbeit wird eine Methode zur strukturellen Vorauslegung von zylindrischen Flugzeugrümpfen aus Faserverbundwerkstoffen vorgestellt. Bei gegebener Belastung kann mit dieser Methode das Tragverhalten der Struktur mit hinreichender Genauigkeit möglichst schnell beschrieben und bewertet werden.
Die vorgestellte Berechnungsmethode verbessert drei wesentliche Bausteine des Vorauslegungsprozesses. Die Geschwindigkeit der linear statischen Spannungsberechnung wird durch die Entwicklung spezieller finiter Elemente auf Basis der Membranschalentheorie erhöht. Diese Elemente ermöglichen die Verwendung eines groben Berechnungsnetzes mit wenigen Freiheitsgraden und damit einer kurzen Berechnungszeit bei hinreichend genauen Ergebnissen. Geometrische Nichtlinearitäten werden durch die analytische Berechnung der Nachgiebigkeit nach dem Ausbeulen präzise und schnell beschrieben. Dabei werden die Anisotropie des Materials, die Krümmung der Schalenhaut, die Erhöhung der Beullast durch die Torsionssteifgkeit der Stringer sowie der Wechsel des Beulmodus bei zunehmendem Überschreiten der Beullast berücksichtigt. Durch die Entwicklung und Verifikation einer analytischen Berechnungsmethode für die Cripplinglast von Faserverbundwerkstoffen wird die Genauigkeit der Ermittlung der Versagenslast von Schalenstrukturen verbessert.
Die vorgestellte Methode vereint die Berechnungsgeschwindigkeit analytischer Methoden mit der Flexibilität und Genauigkeit einer numerischen Analyse und trägt auf diese Weise zur Auslegung von Flugzeugrümpfen und anderen mit Spanten und Stringern orthotrop versteiften Schalen bei.
Die vorgestellte Berechnungsmethode verbessert drei wesentliche Bausteine des Vorauslegungsprozesses. Die Geschwindigkeit der linear statischen Spannungsberechnung wird durch die Entwicklung spezieller finiter Elemente auf Basis der Membranschalentheorie erhöht. Diese Elemente ermöglichen die Verwendung eines groben Berechnungsnetzes mit wenigen Freiheitsgraden und damit einer kurzen Berechnungszeit bei hinreichend genauen Ergebnissen. Geometrische Nichtlinearitäten werden durch die analytische Berechnung der Nachgiebigkeit nach dem Ausbeulen präzise und schnell beschrieben. Dabei werden die Anisotropie des Materials, die Krümmung der Schalenhaut, die Erhöhung der Beullast durch die Torsionssteifgkeit der Stringer sowie der Wechsel des Beulmodus bei zunehmendem Überschreiten der Beullast berücksichtigt. Durch die Entwicklung und Verifikation einer analytischen Berechnungsmethode für die Cripplinglast von Faserverbundwerkstoffen wird die Genauigkeit der Ermittlung der Versagenslast von Schalenstrukturen verbessert.
Die vorgestellte Methode vereint die Berechnungsgeschwindigkeit analytischer Methoden mit der Flexibilität und Genauigkeit einer numerischen Analyse und trägt auf diese Weise zur Auslegung von Flugzeugrümpfen und anderen mit Spanten und Stringern orthotrop versteiften Schalen bei.
Schlagwörter: Vorauslegung; Flugzeugrumpf; Faserverbundwerkstoffe
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52353 Düren
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