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Simulations-Software / Engineering Altair Engineering: Optimierte Verbundmaterialauslegung für die Luft- und Raumfahrt

Redakteur: Luca Meister

>> Zur Gewichtsreduzierung werden im Luft- und Raumfahrtbereich schon seit einiger Zeit verstärkt Verbundmaterialien eingesetzt. Diese werden für Komponenten des Flugzeugrumpfes, der Tragflächen oder auch der Innenausstattung verwendet. Neben einem geringeren Gewicht bieten die neuenMaterialien eine ganze Reihe von Vorteilen wie beispielsweise ein hohes Steifigkeits-Gewichts-Verhältnis oder die freie Formgebung bei der Auslegung.

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Ergebnis aus der ersten Phase: Dickenverteilung der jeweiligen Faserorientierung (bei einer Flugzeugtür).
Ergebnis aus der ersten Phase: Dickenverteilung der jeweiligen Faserorientierung (bei einer Flugzeugtür).
(Bild: Altair)

mei. Um von den Werkstoffeigenschaften richtig profitieren zu können, müssen die Verbundmaterial-Komponenten funktions-, last- und materialgerecht ausgelegt sein. Die Auslegung solcher Komponenten ist aufgrund der Vielzahl an möglichen Materialkombinationen und Design-Variablen sehr komplex, da die Konstrukteure bei der Auslegung von Bauteilen aus Verbundwerkstoffen sowohl Materialparameter als auch fertigungstechnische Randbedingungen berücksichtigen müssen. Daher greifen Ingenieure zunehmend auf rechnergestützte Optimierungswerkzeuge zurück, die den Entwicklungsprozess unterstützen und eine zielgerichtete Leichtbauauslegung ermöglichen.

Drei Optimierungsphasen

Altair Engineering, Anbieter von Software-Werkzeugen und Engineering-Dienstleistungen, hat einen standardisierten Prozess für die Auslegung von Verbundwerkstoff-Komponenten aufgestellt, mit dem essentielle Fragestellungen wie Lagen-Orientierungen, Zuschnitte, Schichtdicken und Schichtreihenfolgen im Vorfeld beantwortet werden können. Der Prozess, dem das Optimierungswerkzeug «Optistruct» zugrunde liegt, beinhaltet drei Optimierungsphasen.

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In der ersten Phase werden die Bauteilbereiche festgelegt, in denen Zuschnitte mit einer bestimmten Materialausrichtung benötigt werden. Dafür wird die Lagenverteilung in jedem Element des Simulationsmodells als Optimierungsparameter verwendet und modifiziert. Das Ergebnis dieser «Free Size»-Optimierung ist ein Design-Vorschlag für die Belegung, der die optimale Form und Dicke der einzelnen Gelegezuschnitte darstellt. Dieser Vorschlag liefert das numerisch ideale Design für die gestellte Optimierungsaufgabe.

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