Leichtbau auf den Punkt: Schnellere und präzisere Berechnungen ermöglichen es, laminierte Composite-Strukturen materialsparend und stabilitätsgerecht auszulegen.
Wer mit Laminatstrukturen arbeitet, für den ist dieser wissenschaftliche Beitrag interessant: Sebastian D. Dillen und Christian Mittelstedt, beide TU Darmstadt, Institut für Leichtbau und Strukturmechanik, stellten in der Zeitschrift Composite Structures eine neue algorithmische Umsetzung für die effiziente Nachbeulanalyse laminierter Platten mit Biege-Torsions-Kopplung vor. Der Beitrag erschien 2025 in Band 373 des Journals unter dem Titel „Effiziente Analyse von laminierten Platten nach dem Knicken unter Berücksichtigung der Biege-Torsions-Kopplung unter Verwendung einer neuartigen algorithmischen Implementierung“.
Dünnwandige Verbundstrukturen werden im Leichtbau gerne eingesetzt, sie sind jedoch anfällig für stabilitätsbedingte Versagensmechanismen wie das Knicken. Auch wenn lokales Knicken nicht zwangsläufig zu einem katastrophalen Versagen führt, ist es für das Maximieren der strukturellen Effizienz von entscheidender Bedeutung, das Verhalten nach dem Knicken zu verstehen.
Die Untersuchung stellt eine effiziente, dimensionslose, auf der Ritz-Methode basierende Methode zur Analyse des Knick- und Nachknickverhaltens symmetrischer, ausgeglichener, einfach gestützter rechteckiger Platten mit Biege-Torsions-Kopplung vor. Die dimensionslose Formulierung liefert allgemein gültige Ergebnisse und ermöglicht die generische Bewertung des Einflusses der Biege-Torsions-Kopplung auf das Knickverhalten.
Der vorgeschlagene Ansatz nutzt orthogonale Polynom-Formfunktionen, um komplexe Kopplungseffekte genau zu erfassen und gleichzeitig den Rechenaufwand und die Konvergenz zu optimieren. Die Methodik erweitert frühere Forschungsarbeiten durch das Einbeziehen einer neuartigen, fortschrittlichen Integralberechnungstechnik und eines Algorithmus zur Verbesserung der Nachknickanalyse.
Die Ergebnisse zeigen eine Verbesserung der Genauigkeit und Effizienz bei der Vorhersage des Knickverhaltens, insbesondere bei stark anisotropen Laminaten, bei denen herkömmliche Ansätze an ihre Grenzen stoßen. Diese Studie trägt zur Entwicklung robusterer analytischer Werkzeuge für die Strukturanalyse von Verbundwerkstoffen bei und ermöglicht so effektivere Anwendungen im Leichtbau.
Quelle und weitere Infos: Science Direct
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