Ein Beitrag zur Auslegung und Berechnung von Faltwabenkernverbunden im Flugzeugbau

Dem Betrachter erscheinen regelmäßig gefaltete Strukturen zumeist als spannend, interessant und in gewisser Weise auch als geheimnisvolle Struktur. Ebenso erging es dem Autor beim Anblick einer ersten einfachen Zick-Zack-Faltwabe. Erfahrene Ingenieure bestätigen gern, dass sich (in gewissen Grenzen) optisch ’gut’ aussehende Auslegungen in der Praxis oftmals auch als technisch effizient erweisen. Ein solches Kriterium, insofern man es hier technisch definieren könnte, wäre im Fall der Faltwabe sicher erfüllbar. Daraus erwuchs der initiale Antrieb der vorliegenden Arbeit zur Untersuchung elementarer Charakteristika von Faltwaben und der Identifikation von besonders qualifizierenden Eigenschaften im Hinblick auf potentielle technische Anwendungen. Für den technischen Einsatz einer neuen Stützkernstruktur im Flugzeugbau erfordert es neben der technologischen Machbarkeit den Nachweis hinreichender mechanischer Eigenschaften wie z. B. Steifigkeiten, Festigkeiten, Stabilität und Robustheit für eine Zielanwendung. Dieser Nachweis wird zumeist experimentell gegeben, wobei für eine Vorauslegung technischer Strukturen geeignete Berechnungsmethoden zur Dimensionierung notwendig sind. Insbesondere im Flugzeugbau muss für eine Zulassung der Struktur neben dem experimentellen Versuch auch der rechnerische Nachweis ausreichender Festigkeit und Stabilität erbracht werden. Dieser erfolgt durch Überprüfung dimensionierender Kriterien innerhalb eines definierten Auslegungsprozesses, wobei jeweils geeignete und validierte Berechnungsmethoden anzuwenden sind. Für eine technische Anwendung einer Faltwabe als alternative Stützkernstruktur liegen derartige Berechnungsmethoden noch nicht vor. Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung von Grundlagen zur Auslegung und zum rechnerischen Nachweis ausreichender Festigkeit und Stabilität (im Sinne eines Zulassungsverfahrens) für Kernverbundstrukturen mit Faltwabenkernen und Faserverbund- Deckschichten. Die Gesamtheit der untersuchten Auslegungskriterien sollen die Darstellung eines zukünftigen Auslegungsprozesses für einen Faltwaben-Kernverbund ermöglichen. Die im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Berechnungsmethoden sollen eine Bewertung der Eignung und des Anwendungspotentials von Faltwaben als alternative Stützkern-Strukturen ermöglichen.