Wie man Schlagschäden bei Composites bewertet und so Kosten reduziert

Das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des DLR hat ein Konzept zur Bewertung von Schlagschäden und Welligkeiten entwickelt.

An Flugzeugstrukturen entstehen diese Schäden im Betrieb beispielsweise durch Stein-, Hagel oder Vogelschlag sowie duch Werkzeugfall. Welligkeiten entstehen während des Fertigungsprozesses durch Fremdkörper, Überlappungen oder Lücken im Material – oder die gewählte Fertigungstechnologie. Unabhängig von der Ursache wirken sich die einzelnen, meist kaum sichtbaren Defekte in Faserverbundstrukturen negativ auf die Lasttragfähigkeit aus. Erfahrungsgemäß akkumulieren sich beide Defektarten, wobei die Interaktion zwischen Welligkeiten und Schlagschäden bislang noch weitestgehend unerforscht ist.

Daher werden in der Auslegung sehr konservative Annahmen und hohe Toleranz- und Qualitätsanforderungen an die Fertigung festgelegt. Reparatur und Ausschuss bei der Fertigung erhöhen die Kosten des Bauteils zusätzlich. Mit Hilfe des Konzeptes lässt sich der Aufwand für die numerische und experimentelle Material- und Bauteilqualifizierung reduzieren. Die Toleranz- und Qualitätsanforderungen in der Fertigung können damit neu bewertet und die Kosten in der Hochlaufphase und in der Serienproduktion durch unnötige Beanstandungsprozesse, Nacharbeit und Ausschuss reduziert werden. Anhand eines Kriterienkatalogs werden relevante Defektparameter von Welligkeiten und Schlagschäden kombiniert und ganzheitlich bewertet.

Die Basis des Konzepts wurde durch eine umfangreichen „Effects of Defects“-Testkampagne geschaffen, in der die DLR-WissenschaftlerInnen experimentelle, numerische und theoretische Untersuchungen zunächst an Welligkeitsdefekten und deren Ursachen sowie anschließend zum komplexen Interaktionsverhalten zwischen Welligkeiten und Schlagschäden durchführten. 189 Proben, alle nach Airbus-Normen geprüft, bilden die Basis, um aussagekräftige physikalische Zusammenhänge, insbesondere zur Wechselwirkung der Schäden abzuleiten.

Auf Basis dieser experimentellen Studien wurde das Konzept zur individuellen und effizienten Bewertung von interagierenden Welligkeiten und Schlagschäden formuliert. Es besteht aus zwei Teilen: Der erste Teil umfasst die Festlegung von Fallunterscheidungskriterien mit deren Hilfe Konservatismen in den Methoden reduziert werden können. Der zweite Teil betrifft die Schadensbewertung. „Der Gesamtabminderungsfaktor durch interagierende Defekte ergibt sich multiplikativ aus den einzelnen Faktoren für die Welligkeit und den Schlagschaden“, so das DLR.

Bild oben: Faserwelligkeiten verursacht durch Fremdkörper können mit dem neuen Konzept effizient bewertet werden. (Quelle: Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des DLR)

Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung