Überwindung der Kluft zwischen Theorie und Praxis
Aufgrund der überlegenen mechanischen Eigenschaften und der geringen Dichte besitzen Aluminiumlegierungen einen Vorteil gegenüber anderen Konstruktionsmaterialien für Flugzeuge. Aluminium macht etwa 80% des Gewichts von Flugwerken der meisten modernen Flugzeuge aus. Insbesondere die hochfeste Aluminiumlegierung 2024 ist aufgrund ihres Widerstands gegen Risswachstum weiterhin das bevorzugte Material für schadenskritische Bereiche. In Bereichen dagegen, in denen eine Erhöhung der Festigkeit ohne zusätzlichen Materialeinsatz erforderlich ist, werden mittelfeste Aluminiumlegierungen verwendet. Das größte Potenzial einer kommerziellen Verwendung bieten Aluminiumlegierungen wie hochreine Aluminium-Zink-Magnesium-Legierungen (Al-Zn-Mg-Legierungen). Angestrebtes Ziel des IDA-Projekts war der Nachweis, dass die theoretischen Eigenschaften der Aluminiumlegierung 2024, die durch Erfahrungswerte verifiziert sind, auf andere Legierungen übertragbar sind. Die Projektpartner am Institute of Structures and Advanced Materials in Griechenland haben ein neues Modell zur Vorhersage der Wachstumsgeschwindigkeit von Ermüdungsrissen aufgestellt. In ihrem Modell wurde berücksichtigt, dass die Geschwindigkeit des Risswachstums nicht nur von der Höhe der Belastung abhängt, sondern auch vom Rissverlauf. Zudem wurde angenommen, dass das Risswachstum mit der Ausweitung des Bereichs der plastischen Verformung übereinstimmt. Bei der Bestimmung der Lebensdauer von Flugzeugbauteilen wurde die lokalisierte plastische Deformation auf Druckspannungen zurückgeführt, die im Material an der Rissspitze nach einer Überbeanspruchung vorhanden waren. Die Spannungsintensität wurde numerisch unter Verwendung von Finiten-Elementen bestimmt. Da sich Materialien bei Wechselbeanspruchung und monotoner Belastung unterschiedlich verhalten, wurden mechanische Kennwerte verwendet, die anhand von Versuchen gewonnen wurden, bei denen die aufgebrachte Last kontinuierlich erhöht und anschließend verringert wurde. Die Gültigkeit des vorgeschlagenen Modells wurde anhand von Proben aus Aluminiumlegierungen verifiziert. Die gewonnenen Ergebnisse standen in guter Übereinstimmung mit vorliegenden Daten aus Versuchen zum Ermüdungsverhalten. Zudem konnten Informationen über den Verlauf des Ermüdungsschadens bei Betriebsbedingungen gewonnen werden, die im Labor aufgrund des komplexen Lastkollektivs nur schwer zu reproduzieren sind.
