#Additive Fertigung #Lasteinleitung #FEM

Hintergrund:

In modernen Luft- und Raumfahrtstrukturen werden Faserverbundkunststoffe (FVK) aufgrund ihrer hervorragenden gewichtsspezifischen mechanischen Eigenschaften zunehmenden verwendet. Damit gewinnt auch die Entwicklung optimaler Fügeverbindungstechniken für FVK-Bauteile stetig an Bedeutung. Insbesondere im Bereich der Lasteinleitung werden vermehrt Metall-FVK-Verbindungen eingesetzt. Dabei werden die Lasten über metallische Komponenten (Lager, Beschlag) in das FVK-Bauteil eingeleitet, wie beispielsweise in Abbildung 1 dargestellt. Die metallischen Komponenten können hierbei mittels additiver Fertigung mit optimierten Topologien gefertigt werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit für den Fügebereich Pins mitzudrucken, die während des Fügeprozesses (Co-Curing) in das FVK-Bauteil integriert werden. Auf diese Weise lässt sich eine äußerst effektive hybride Verbindung zur Lastübertragung realisieren.

Aktuelle Forschungsarbeiten befassen sich mit der Gestaltung von pinverstärkten Metall-FVK Verbindungen. Ein Gestaltungsaspekt ist dabei die optimale Anordnung der Pins im Fügebereich für eine möglichst effektive Lastübertragung. In dieser Abschlussarbeit soll am Beispiel einer Single-Lap-Verbindung (Abbildung 2) eine Optimierung der Pinanordnung durchgeführt werden. Hierfür ist zunächst ein Finite-Elemente-Modell der Single-Lap-Verbindung aufzubauen und zu parametrisieren. Durch Variation der Pinanordnung, soll anschließend die Fügeverbindung im Hinblick auf maximale spezifische Steifigkeit optimiert werden.

Arbeitsumfang:

1. Literaturrecherche
2. Aufbau eines FE-Modells zur Struktursimulation einer pinverstärkten Single-lap-Verbindung in Abaqus
3. Parametrisierung der Pinstrukturen im FE-Modell mittels Abaqus Python Scripting
4. Optimierung der Pinanordnung für maximale spezifische Steifigkeit
5. Dokumentation der Ergebnisse

Literaturverzeichnis:

[1] APWORKS (2020) Hyperjoint: additive metal + composites = stronger, tougher joints. CompositesWorld