Flugzeugstrukturdesign, Werkstoffauswahl und die korrespondierenden Fertigungsprozesse sind in der Luftfahrt in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich weiterentwickelt worden. Nur so ist der hohe Stand an Systemzuverlässigkeit und Schadenstoleranz zu gewährleisten, der in der Regel zwar kaum wahrgenommen, aber stillschweigend voraussetzgesetzt wird. Das Ermüdungsrissfortschrittsverhalten und die so genannte Restfestigkeit der Struktur sind zwei besonders wichtige Größen in diesem technologischen Optimierungsfeld. Bedingt durch die Gesetze der Bruchmechanik, hat die schon vor vielen Jahren etablierte, differentielle Bauweise der Druckrumpfstruktur (Zusammennieten oder Verkleben der einzelnen Last tragenden Komponenten der Struktur) inhärente Vorteile, da betrieblich verursachte Schäden (z.B lokale Ermüdung oder Unfallschäden) zu einem gewissen Ausmaß immer nur ein Element mit seiner Last tragenden Funktion zerstören. Das Versagen mehrerer Elemente tritt, wenn überhaupt, stark verzögert ein. Neue, kostengünstigere Fertigungsverfahren bzw. -konzepte, wie z.B 'aus dem Vollen fräsen' integral versteifter Komponenten oder das Laserstrahlschweißen von Stringer versteiften Druckrumpfunterschalen sind strukturmechanisch aufgrund ihres integralen Charakters bruchmechanisch erklärbar, weniger tolerant gegenüber Schäden (Rissen). Konsequenterweise werden diese Designkonzepte bei Airbus nur dort im Flugzeug angewendet, wo die betriebsbedingten Spannungen weniger Zug sondern mehr Druck und/oder Schub dominiert sind. Neuste Untersuchungen belegen aber, dass bei Beachtung bestimmter Zusammenhänge im Hinblick auf die Werkstoffauswahl (Festigkeit und Zähigkeit), dem Design (Stützfunktion) und des Schweißkonzepts (Schweißnahtzähigkeit besser als Schweißnahtfestigkeit), diese bruchmechanischen Restriktionen zu überwinden sind. So konnte das schadenstolerante Verhalten in Laserstrahl geschweißten Laborpaneelen im Vergleich zu genieteten Standardlösungen (= 100 %) von ehemals 60 -70 % auf 100 - 110 % verbessert werden. Einzelne Ergebnisse lassen sogar eine Extrapolation zukünftig erreichbarer Kennwerte auf 120 - 130 % zu. Somit wäre das kostengünstige Laserstrahlschweißen (endlich) auch in schadenstolerant dimensionierten Bereichen einsetzbar.
Hohe Schadenstoleranz in geschweißten Al-Druckrumpfkonzepten dank passend geschweißter Werkstoffpaarungen
High damage tolerance in welded Al pressure fuselage concepts thanks suitably welded materials pairs
2008
7 Seiten, 13 Bilder, 5 Quellen
Conference paper
English
British Library Conference Proceedings | 2008
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