Simulation von CFK-Schichtwerkstoffen für Luft- und Raumfahrtteile

Analyse der Eigenschaften von Bauteilen aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFRP) und ihrer Einflüsse auf die mechanische Leistung

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Teile aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer (CFRP) spielen eine bedeutende Rolle beim Verringern des Flugzeuggewichts. Sie werden mithilfe automatisierter Faserlegemaschinen (AFP) hergestellt. Diese wiederum erlauben Luft- und Raumfahrtfahrtunternehmen die vergleichsweise schnelle Fertigung von CFRP-Bauteilen, beispielsweise dem Rumpfende oder der Flügelaußenhaut.

Beim Herstellungsprozess großer Flugzeugstrukturteile können während der Fertigung in der automatischen Faserlegemaschine (AFP) Fehler auftreten. Diese Fehler beeinflussen unter Umständen die mechanischen Eigenschaften des fertigen CFRP-Bauteils.  Beim Ablegen der Verbundwerkstoff-Streifen auf eine doppelt gekrümmte Oberfläche kann es beispielsweise vorkommen, dass die Roboter die Lage abschneiden und von vorn beginnen müssen. Dies kann zu Fehlausrichtungen und Lücken im fertigen Material führen. 

Im Hinblick auf die Bedeutung von CFRP-Bauteilen für den strukturellen Aufbau moderner Flugzeuge, müssen Hersteller aus der Luftfahrtindustrie die Auswirkungen aller möglicherweise auftretender Fehler analysieren und verstehen. Die Computer-Aided-Engineering (CAE)-Software von Hexagon ruft aus der AFP-Steuerungssoftware Daten ab, mit denen anhand eines mikromechanischen Modells eine Strukturanalyse des Faserverbundwerkstoffs durchgeführt wird. Die automatische Simulation und Bewertung sowohl der mechanischen Eigenschaften als auch der Funktionstüchtigkeit des Endprodukts unterstützt Hersteller bei der Qualitätssicherung. 

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