Robust Skin – Simulationsgestützte Erforschung einer Material- und Prozesslösung für schadenstolerante Hybridmaterialien bestehend aus flexiblen Spannfolien und lokalen Verstärkungsstrukturen
Am Lehrstuhl für Carbon Composites (TUM-LCC) wird eine Simulationsmethodik zur effizienten Modellierung des strukturmechanischen Verhaltens von schadenstoleranten Hybridmaterialien für den Einsatz in zukünftigen urbanen Fluggeräten entwickelt.
Projektpartner
Neue Materialien Bayreuth (NMB) GmbH, Airbus Defense & Space GmbH
Laufzeit
01.03.2022 – 31.08.2023
Fördergeber
Bayerische Forschungsstiftung (BFS)
Motivation
Aerodynamische Flächen von schnell fliegenden Luftfahrzeugen werden als lasttragende Strukturen mit hoher Eigensteifigkeit ausgelegt. Dabei werden monolithische Faserverbund-/ oder Sandwichhäute eingesetzt, um minimale Hautwelligkeiten unter den wirkenden Flug- und Luftlasten zu gewährleisten und den Luftwiderstand im Reiseflug so gering wie möglich zu halten. Mittels dieser Bauweise wird zudem den Robustheitsanforderungen hinsichtlich Impactereignissen vor dem Hintergrund der hohen Geschwindigkeiten Rechnung getragen. Langsam fliegende Luftfahrzeuge, im Kontext einer zukünftigen urbanen Luftmobilität, weisen ein anderes Anforderungsprofil auf, welches Leichtbaupotenzial für neue Strukturkonzepte bietet. Bionische Strukturen, bestehend aus einem Tragwerk und einer membranartigen Bespannung, wie sie ein Libellenflügel aufweist, stellen eine vielsprechende Lösungsinspiration dar.
Vorgehen
Die Entwicklung solcher Hybridstrukturen erfordert den Einsatz einer geeigneten Simulationsmethodik, welche eine effiziente Lösungsfindung für die Vielzahl an möglichen Materialkombinationen ermöglicht. Dazu wird am TUM-LCC ein numerischer Multiskalenansatz entwickelt. Neben der Ermittlung geeigneter Materialpaarungen für eine ressourcenschonende und robuste Leichtbaustruktur liegt ein weiterer Schwerpunkt auf der Rechenzeit-Effizienz bei der Berechnung größerer Strukturen. Zu diesem Zweck werden Homogenisierungsansätze untersucht und auf ihre Eignung überprüft. Die weiteren Projektpartner NMB und Airbus übernehmen die Untersuchung eines geeigneten Verarbeitungsprozesses für die Hybridstruktur bzw. die Betrachtung der Umwelteinwirkungen im Laufe des Lebenszyklus.
Danksagung
Der Lehrstuhl für Carbon Composites dankt der Bayerischen Forschungsstiftung (BFS) für die Förderung des Projektes Robust Skin.
Ansprechpartner
Marco Tönjes, M.Sc.; Dr.-Ing. Swen Zaremba