Faserverbundtechnologie
Delaminationswachstum in schlaggeschädigten Carbonfaser verstärkten Kunststoffen nach Re-Infiltrierung der Schadensstelle (Delaware)
Kaum sichtbare Impactschäden (BVID) an Carbonfaser verstärkten Kunststoffen (CFK) müssen in der zivilen Luftfahrt zulassungsbedingt zeit- und kostenintensiv repariert werden. Dabei wird der Schadensbereich entfernt und durch ein sogenanntes Reparaturpflaster mittels Vernietung ersetzt. Im Projekt Delaware wird ein Nachweisverfahren für eine alternative Reparaturtechnik von BVID untersucht, bei der der Schaden nicht entfernt, sondern mittels Harzinfiltrierung so stabilisiert wird, dass kein Schadenswachstum mehr auftritt. Ein solches Nachweisverfahren ist zentrale Voraussetzung für den Einsatz dieser Re-Infiltrierungsreparatur für tragende CFK-Bauteile in der zivilen Luftfahrt.
Fördermittelgeber: Promotionsförderung der HAW Hamburg
Laufzeit: 11/2018 -10/2021
Aurelio José Olivares-Ferrer (M.Sc.) |
Electro-mechanically coupled multi scale models for the simulation of multifunctional lightweight structures made from polymer coated carbon fibres
The application of multifunctional polymer-electrolyte coated carbon fibres (PCCF), e.g. within structural batteries, revealed weight saving potentials of up to 40% compared to classical systems. Based on experimental results, the thermo-electro-mechanically coupled behavior of PCCF is represented by a multiscale material model. Parametric simulation is used to optimise weight saving potential for several applications.
Laufzeit: 05/2018 – 08/2021
Zuverlässige Reparaturmethoden für integrale Bauteile aus Faserverbundkunststoff (FVK) - eine Schlüsseltechnologie für den ressourcenschonenden Einsatz von FVK (ZuReiF)
Zuverlässige Reparaturverfahren für die zunehmend großen, integralen Bauteile aus Faserverbundkunststoff im zivilen Flugzeugbau stellen eine Schlüsseltechnologie für einen ressourcenschonenden Einsatz dieser Werkstoffgruppe dar. Im Projekt ZuReiF wird die grundsätzliche Funktionstüchtigkeit eines radikal neuen Reparaturansatzes untersucht, der ohne den mechanischen Abtrag der beschädigten Stelle und die Integration eines sogenannten Reparaturpflasters (wie bei üblichen Reparaturen) auskommt. Der Ansatz basiert darauf, die Schadensstelle mit Harz nachzuinfiltrieren. Dadurch kann die weitere Schadensausbreitung limitiert und eine Reparatur erzielt werden.
Fördermittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (Förderinitiative Neue Horizonte für deutsche Fachhochschulen)
Laufzeit: 02-09/2015
Sebastian Neßlinger (B.Eng.) |
StructRepair+ : Reparatur struktureller Bauteile aus faserverstärktem Kunststoff mit zusätzlicher Vernähung der Fügestelle
In diesem Projekt wurde an der HAW Hamburg eine automatisierte Simulationsmethodik für das Finite Elemente Programm Abaqus (Dassault Systemes SE, Frankreich) entwickelt, mit der das komplexe Versagensverhalten von geklebten Reparaturen aus Faserkunststoffverbunden mit spezieller Verstärkung der Fügezone durch Hochleistungsfilamentgarne vorhergesagt werden kann. Diese Verstärkungsgarne können die Reparaturgüte deutlich verbessern, wodurch kleinere Reparaturpflaster im Vergleich zu unverstärkten Klebungen realisiert werden können.
Fördermittelgeber: Industrielle Gemeinschaftsforschung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
Laufzeit: 12/2013 - 02/2016
Frank-David Georges (B.Eng.) |
Joining with predictable Damage Tolerance (JoinDT)
Die Klebtechnik weist aufgrund der großflächigen Lastübertragung zwischen den Fügepartnern ein enormes Leichtbaupotential bei der Anwendung von Carbonfaser verstärkten Kunststoffen (CFK) in Primärstrukturen von Luftfahrtzeugen auf. Limitierend für den Einsatz von CFK ist jedoch das nur bedingt prognostizierbare Schädigungsverhalten von Klebungen. Aktuelle Untersuchungen zeigen, dass neben den typischen Schädigungsformen im Bereich der Klebschicht auch inter- sowie intra-laminare Schädigungen in den CFK-Fügepartnern auftreten können und sich wechselseitig beeinflussen. Für eine schadenstolerante Auslegung von Klebverbindungen bei CFK-Primärstrukturen ist eine valide Prognose dieses komplexen Schädigungsverhaltens maßgebend. Das Ziel von JoinDT ist daher die Entwicklung einer Simulationsmethodik, welche die schadenstolerante Auslegung von geklebten CFK-Fügungen in der Luftfahrt ermöglicht. In diesem Rahmen beteiligt sich die HAW Hamburg an der experimentellen Charakterisierung von Matrixrissen in multidirektionalen CFK-Laminaten unter Ermüdungslasten sowie der Entwicklung von Finite-Elemente-Modellen zu deren simulativen Prognose.
Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Laufzeit: 03/2020 bis 06/2024
Schnelle Auslegung von Reparaturen an Carbonfaser verstärkten Bauteilen der zivilen Luftfahrt (FastRepair)
Moderne Verkehrsflugzeuge werden in zunehmenden Maße aus Carbonfaser verstärktem Kunststoff (CFK) gefertigt. Im Zuge der wachsenden Flotte an Verkehrsflugzeugen mit einem hohen CFK-Anteil steigt auch der Bedarf an Reparaturmöglichkeiten für lasttragende CFK-Strukturen. Eine besondere Herausforderung stellt dabei die Reparatur am Flugfeld dar, an dem unter Umständen nur begrenzte Reparaturmittel und Informationen z.B. über den Schaden und die Flugzeugstruktur vorliegen. Um dennoch ein geeignetes Auslegungsverfahren entwickeln zu können, gilt es sowohl die allgemeinen als auch die speziell für CFK existierenden Anforderungen an Reparaturen zu berücksichtigen. Das Projekt FastRepair zielt daher darauf ab, einen Prozess zu entwerfen, in dem typische Reparaturen an lasttragenden CFK-Strukturen automatisiert und schnell selbst bei begrenzten Mitteln und Informationen valide ausgelegt werden können.
Fördermittelgeber: Joachim Herz Stiftung
Laufzeit: 10/2019 bis 12/2025
Lalitkumar Savaliya (M.Sc.) |
Verbesserte Schadenstoleranz von Klebverbindungen durch geometrisch unterbrochene Klebflächen (Zig-Zag-Bonding)
Vorgaben der Europäischen Union hinsichtlich der Steigerung der Energieeffizienz in der zivilen Luftfahrt und der damit assoziierten Reduktion von Kohlendioxidemissionen haben unter anderem den Einsatz von Carbonfaser verstärkten Kunststoffen (CFK) in Primärstrukturen von Luftfahrtzeugen deutlich erweitert. Dabei ist die Klebtechnik (engl.: bonding) durch ihre Vorteile bei der Verbindung von CFK-Baugruppen immer mehr in den Fokus der Flugzeughersteller geraten. Neben dem initialen Fügen von Baugruppen mittels Klebstoff sind auch geklebte Reparaturen (engl.: bonded repair) immer häufiger Gegenstand aktueller Forschung. Limitierend für den Einsatz von CFK-Klebverbindungen ist jedoch das aktuell nur bedingt vorhersagbare Schädigungsverhalten derartiger Fügungen. Aufgrund dessen können die sicherheitsrelevanten Anforderungen der Luftfahrtaufsichtbehörden an Fügeverbindungen mit Klebstoffen nur schwer bis gar nicht erfüllt werden. Daher werden im Rahmen des Teilprojektes Zig-Zag-Bonding im Luftfahrtforschungs(LuFo)-Projekt JoinDT „Joining with predictable damage tolerance“ des BMWK (Bundesministerium für Wirtschaft und Klima) in Zusammenarbeit mit Airbus Helicopters Deutschland GmbH verschiedene Designoptionen basierend auf numerischen Simulationen mit dem Ziel analysiert, Vor- wie auch Nachteile von bestimmten geometrischen Designs zu identifizieren und daraus ein verbessertes Design für unterbrochene Klebflächen abzuleiten.
Fördermittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz
Laufzeit: 11/2023 bis 06/2024
Im Rahmen des LuFo-Projekts:
Joining with predictable damage tolerance - JoinDT
