Zur Übersicht

Vortrag

Innovative, kosteneffiziente Herstellung und Auslegung von Sandwichbauteilen mit Gitterstruktur aus Polymerhartschaum

Friday (28.06.2019)
14:00 - 14:20 Uhr

Viele Luftfahrtkomponenten werden in Sandwichleichtbauweise gefertigt. Klassischer Weise wird hierfür ein Aramidpapier- oder Aluminiumwabenkern verwendet. Für die Aushärtung der Einzelteile wird ein Autoklav benötigt, welcher einen hohen Kostenfaktor und eine Einschränkung bei der Fertigung von hohen Stückzahlen darstellt. Um eine kosteneffiziente Fertigungsmethode mit kurzem Produktionszyklus, unter Beibehaltung der mechanisch sehr effizienten Leichtbauweise der Sandwichkonstruktion, zu ermöglichen, stellt die Vakuuminfusion eine interessante Möglichkeit dar. Für das Vakuuminfusionsverfahren ist der Einsatz eines alternativen Kernsystems erforderlich. So wird bereits in einigen Luftfahrtanwendungen der Partikelschaum Polymethacrylimid (PMI) verwendet. Im Vergleich zum Wabenkern ist die erforderliche Dichte und damit das Gewicht des Schaumkerns beträchtlich höher als bei einem vergleichbaren Wabenkern. Als Innovation wird hier eine dreidimensionale Gitter- bzw. Fachwerkstruktur aus PMI Schaum entwickelt, die direkt in diese 3D Form geschäumt wird. Die 3D Fachwerkstruktur wird durch Optimierungsalgorithmen an einem konkreten Luftfahrtbauteil mit zugehörigen Belastungsszenarien exemplarisch abgeleitet. Eine wichtige Rolle für diese Optimierung spielen die Kerneigenschaften und aufgrund des direkten Schäumens in die 3D Geometrie die Heterogenität des Schaums und deren Berücksichtigung in der Modellbildung. Um die komplexe dreidimensionale Zellstruktur des geschlossenzelligen Schaums und deren heterogene Verteilung charakterisieren zu können, werden als bildgebende Verfahren REM und CT zum Einsatz gebracht. Damit das Materialverhalten und die Festigkeitsgrenzen (Kollabieren der Zellen) des nichtlinearen Schaums definiert werden können, werden Druck- und Schubversuche mit einer digitalen Bildkorrelation kombiniert. Das stark nichtlineare Materialverhalten von PMI-Schäumen wird vornehmlich durch die Eigenschaften des Grundwerkstoffes und der Zellstruktur bestimmt. Die numerische Berechnung mithilfe der Finite Elemente Analyse erfolgt für den PMI Schaum auf makroskopischer Ebene. Zur Beschreibung des stark nichtlinearen Materialverhaltens des Schaums werden unterschiedliche Materialmodelle untersucht. Eine besondere Herausforderung bei der numerischen Analyse von hyperelastischen Materialien ist die Identifizierung der Materialkonstanten mithilfe von Testdaten.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Michaela Nagler
Fachhochschule Oberösterreich Forschungs & Entwicklungs GmbH
Weitere Autoren/Referenten:
  • Michael Thor
    Fachhochschule Oberösterreich
  • Peter Peyrer
    LiteCon GmbH
  • Gernot Schneiderbauer
    FACC AG
  • Franz M. Sendner
    FACC AG
  • Dr. Markus Wolfahrt
    Polymer Competence Center Leoben GmbH
  • Prof. Dr. Roland Hinterhölzl
    Fachhochschule Oberösterreich