Skip to main content

European industrial doctorate for damage modelling and online detection in aerospace composite structures

Article Category

Article available in the folowing languages:

Ein weiterer Schritt in Richtung Perfektion bei der Schadenserkennung an aeronautischen Verbundwerkstoffen

Strukturen aus Verbundwerkstoffen für die Luftfahrt müssen regelmäßigen Inspektionen unterzogen werden, da sie extremen Witterungsbedingungen ausgesetzt sind und viele potenzielle Ausfallmodi aufweisen. Das EU-finanzierte Projekt SAFE-FLY führte ein innovatives multidimensionales System zur Modellierung und Schadenserkennung ein.

Industrielle Technologien

Unterstützt von einem global führenden Unternehmen für die Gestaltung, Zertifizierung, Herstellung und Wartung von Strukturen aus Verbundwerkstoffen für die Luftfahrt führten drei Nachwuchsforschende, die im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert wurden, bahnbrechende Forschung zur Schadensmodellierung, zur Interaktion zwischen Wellen und Schaden sowie zur Zustandsüberwachung durch. Das EU-finanzierte Projekt SAFE-FLY ermöglichte die Entwicklungen einer aktualisierten zuverlässigen Methode zur Online-Inspektion der strukturellen Robustheit moderner aeronautischer Gebilde.

Eine Brücke zwischen dem akademischen Ingenieurwesen und der Luft- und Raumfahrtindustrie

Aktuelle Schulungsmaßnahmen für Forschende in der Luft- und Raumfahrtindustrie finden isoliert statt, da die entsprechenden Unternehmen jeweils ihre eigenen Graduiertenausbildungsprogramme haben. SAFE-FLY griff auf die Arbeit der europäischen innovativen Ausbildungsnetzwerke zurück, um eine öffentlich-private Partnerschaft anzustreben, die sich der Ausbildung der nächsten Generation von Forschenden mit sektorübergreifendem Forschungshintergrund zum Thema Luftfahrttechnologien widmet. Die Forschungskooperationen, die im Rahmen kurzer Kurse und Konferenzen entwickelt wurden, boten den Teilnehmenden die Gelegenheit, der allgemeineren Welt des wissenschaftlichen Ingenieurwesens ausgesetzt zu sein. Das Programm deckte technologische Entwicklung, Teamarbeit, berufliche Fertigkeiten und wissenschaftliche Öffentlichkeitsarbeit ab. Die Teilnahme an semesterlangen Unterrichtsmodulen, der Besuch kurzer Kursveranstaltungen des Netzwerks sowie langfristige und intensive Abordnungen in die Industrie waren seine wichtigsten Highlights. „SAFE-FLY hat eine entscheidende Rolle bei der Einrichtung des Europäischen Forschungsraums gespielt, besonders angesichts der unglücklichen Brexit-Entwicklungen, indem es eine zentrale Anlaufstelle für die Ausbildung zukünftiger Forschender in der Luftfahrttechnologie schuf“, so der Projektkoordinator Dimitrios Chronopoulos.

Neuartige Lösungen für komplizierte und verfestigte Probleme

Ein Hauptanliegen von SAFE-FLY war die Entwicklung eines zuverlässigen Verfahrens zur Schadensmodellierung, das verschiedene Arten des faser- und matrixbedingten Materialversagens bei Verbundwerkstoffen erfasst. Dies gelang durch die Vorstellung eines anisotropen zusammenhängenden Phasenfeldmodells, das komplexe intralaminare Ausfallmodi in Dünnschichtverbundwerkstoffen feststellen kann. Nach ausgiebigen Validierungen durch Experimente mit durch gewebte Stoffe verstärkten, unidirektionalen Verbundlaminaten erwies sich dieses Modell als effektiv, um intralaminare Brüche genau vorherzusagen – selbst bei Schichten mit zufälligen Faserausrichtungen, die gleichzeitig verschiedenartigen Belastungen ausgesetzt wurden. Ein weiteres wichtiges Ziel bestand in der schnellen Durchführung von Schadensmodellierungssimulationen für Verbundwerkstoffe bei geringstmöglichen Rechenkosten. SAFE-FLY ersetzte das rechenintensive physikalische Simulationsmodell durch ein schnelleres und effizienteres Ersatzmodell auf der Grundlage eines künstlichen neuronalen Netzwerks. Darüber hinaus konnte das Forschungsteam komplexe Schadensszenarien bei verschiedenen Belastungsbedingungen simulieren.

Entscheidende Ergebnisse für zukünftige Entscheidungsstrategien und Wartungsrichtlinien

Das Bayessche inverse Problem, die Informationstheorie und die Unschärfelogik waren die wichtigsten methodischen Elemente, die für den Umgang mit globalen Unwägbarkeiten bei jedem Schritt der auf geführten Ultraschallwellen beruhenden Zustandsüberwachung von Luftfahrtstrukturen eingesetzt wurden. Während der industriellen Abordnungen bei Aernnova Engineering S.A. dem industriellen Begünstigten des Projekts, wurden experimentelle Kampagnen unter Einsatz eines hochmodernen Zustandsüberwachungssystems namens PAMELA durchgeführt, die die vorgeschlagenen Rahmenwerke teilweise validierten. Das entwickelte Schadensquantifizierungsmodul wird überdies zu einer effizienten Wartungsplanung für europäische Luftfahrtbauteile beitragen und die damit verbundenen Kosten senken. „Diese Auswirkungen werden schon bald Flugzeugbetreibern und Reisenden auf aller Welt zugutekommen und möglicherweise Reisekosten senken“, schließt Chronopoulos.

Schlüsselbegriffe

SAFE-FLY, Luftfahrt, Schaden, Forschung, Ausbildung, Schadensmodellierung, Zustandsüberwachung, Strukturen aus Verbundwerkstoffen

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich