Flugzeuge — Optimierung der Fabrikation
Eine Reduzierung des Flugzeuggewichts kann zu einem wesentlich geringeren Treibstoffbedarf und somit zu weniger Emissionen führen. EU-finanzierte Wissenschaftler riefen das Projekt (FUSDESOPT) ins Leben, um entsprechende Fabrikationsverfahren und die statische Belastung der Flugzeugrumpfunterseite zu bewerten. Die Wissenschaftler verglichen Laserstrahl-Schweißtechniken mit der konventionellen Nietung für dünnwandige Metallstrukturen und Versteifungselemente (Stringer), um die potenziellen Masseeinsparungen zu bestimmen. Zunächst führte man konventionelle Berechnungen von Hand durch, und anschließend wurde der Nutzen, die Genauigkeit und der Berechnungsaufwand verschiedener 2D- und 3D-Modelle nach dem Finite-Elemente-Verfahren untersucht. Die Forscher verglichen die Fehlermöglichkeiten geschweißter Stringer-Strukturen, die durch 2D-Zerreißversuche prognostiziert wurden, mit den 3D-Analysen der Plattenkompression. Plattenkompression wird verwendet, um die dominante statische Last von Flugzeugrumpfbauteilen zu testen. Unterschiede bei den prognostizierten lokalen Fehlermöglichkeiten zeigten, dass die Stärke der 3D-Plattenkompression nicht durch die Muster der 2D-Zerreißversuche interpoliert werden kann. Die 2D-Analysen sind jedoch wichtig, um die relative Stärke der Werkstoffe und der Nahtstellen im Allgemeinen bewerten zu können. Eine Widerstandsfähigkeit gegen Strukturdeformationen unter Zerreißversuchsbelastung lässt auf eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Stringer-Verdrehungen schließen. Die Partner verglichen ein 3D-Schalenmodell mit einem 3D-Volumenmodell, um den zwischen Berechnungsaufwand und Genauigkeit herrschenden Zielkonflikt zu optimieren. Schalenkonstruktionen nach der Finite-Elemente-Methode bildeten allgemeine Reaktionen in großen Bereichen in einer relativ kurzen Zeit von nur wenigen Stunden gut ab. Sie konnten jedoch die lokalen Fehlerstellen in Schweißnähten nicht mit der geforderten Genauigkeit erfassen. FUSDESOPT hob die Vor- und Nachteile verschiedener Modelle leichtgewichtiger, Stringer-verstärkter Rumpfbauteile hervor, indem man Laserstrahlschweißungen mit konventioneller Nietung verglich. Wenn die Codes weiter optimiert werden können, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Genauigkeit und Berechnungsaufwand zu schaffen, wird eine schnellere Entwicklung besserer Konstruktionen ermöglichen. Ein geringeres Rumpfgewicht, das zu geringerem Treibstoffverbrauch und weniger Emissionen führt, wird der Umwelt zugutekommen. Es wird auch die globale Wettbewerbsposition der Flugzeugindustrie in der EU verbessern, die einem zunehmend umweltbewussten Verbraucherprofil gegenübersteht.
Schlüsselbegriffe
Leichtgewicht, Flugzeug, Laserstrahl, Schweißung, Nietung, Stringer, finite Elemente, Defekt, Plattenkompression
