06 Fakultät Luft- und Raumfahrttechnik und Geodäsie
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Item Open Access Experimental investigation of low-frequency sound and infrasound induced by onshore wind turbines(2024) Blumendeller, Esther; Cheng, Po Wen (Prof. Dr.)Climate change has a global impact and is increasingly affecting our environment. This is driving the continuous expansion of renewable energies, with wind energy playing a major role. As wind energy becomes more widespread, an increasing number of people will live near wind turbines in complex terrain. In such scenarios, wind turbines are often positioned at elevated locations, while residents live in valleys. In complex terrain, such as a steep escarpment, local turbulence, wind speed, and direction are strongly influenced by topography, contributing to the complexity of sound propagation or impacts the background noise situation in valleys, for example, due to shielding effects. The operation of wind turbines is associated with both visual and sound-related impact, with sound being generated at various frequencies. There is a growing interest in low-frequency sound and infrasound, characterized by long wavelengths that propagate over considerable distances without significant attenuation. This is in contrast to higher-frequency sound, and might increase the impact of wind turbine sound at residential areas located several hundred meters or a few kilometers away from the wind farm. In the context of complex terrain, this work investigates wind turbines in complex terrain as sources of low-frequency sound and infrasound. The investigations on characterization of sound generation and propagation are based on measurements in the vicinity of two wind farms. Measurements were conducted within four measurement campaigns at two wind farms located close to an escarpment at the Swabian Alb in Southern Germany over a period of about nine month. Acoustic data was obtained in the proximity of the wind turbines and at residential buildings in 1–1.7km distance to the wind farms in municipalities located within a valley. Besides acoustic measurements including the infrasonic frequency range, a comprehensive data set with ground motion data, wind turbine operating data, meteorological data and data from a noise reporting app supports the investigation. Two aspects require analysis: Firstly, the aspect of generation and propagation of wind turbine low-frequency sound and infrasound in complex terrain, and secondly, the relation with annoyance. Results show that sounds within the infrasonic range assigned to the blade passage at the tower are transmitted through the air over distances of 1 km. Low-frequency sounds were found to be amplitude-modulated and were investigated as amplitude modulation. Infrasound and amplitude modulation occurrences were more likely during morning, evening and night hours and during atmospheric conditions with positive lapse rate, vertical wind shear and low turbulence intensity. The occurrence of both infrasound and amplitude modulation was typically observed during rated rotational speed but below-rated power. To allow predictions, a standard prediction method was extended to include the lowfrequency sound and infrasound range and adapted to the measurement data in order to apply it to complex terrain. The sound level difference of the measured data aligns well with the predictions within the frequency range of 8 Hz and 250 Hz. Investigations regarding outdoor-to-indoor sound reductions showed influences from structural resonances and room modes, which depend on the characteristics of the building and the specific room under investigation. Combining acoustic measurements with annoyance reports showed that rated wind turbine operation appears to be a contributing factor in annoyance ratings obtained through a noise reporting app, ranging from “somewhat” to “very” levels. Furthermore, the analysis indicates that varying levels of annoyance at a distance of 1km from the wind farm, both outside and inside buildings, do not correspond to significant differences in the averaged and A-weighted sound pressure levels. Overall, this work contributes to a better understanding of the low-frequency sound and infrasound generated from wind turbines and provides insight into the sound characteristics of measured wind turbine sound at residential locations in complex terrains.Item Open Access Parameterreduktion zur ähnlichkeitsmechanischen Gewichtsprognose im Flugzeugvorentwurf am Beispiel des Tragflügels(2008) Pfaff, Jan-Michael; Voit-Nitschmann, Rudolf (Prof. Dipl.-Ing.)Realistische Aussagen bei Vorentwürfen und Neuentwicklungen von Produkten über deren letztendliches Leistungsvermögen bereits in der Konzeptphase zu treffen, ist eine zentrale Aufgabe in vielen technischen Entwicklungsbereichen. Im Zeitalter der Globalisierung und dadurch oftmals entstehender Dezentralisierung der Entwicklungsstandorte eines Herstellerbetriebs ist es darum notwendig, das vorhandene Wissen auszutauschen und zu strukturieren, um so im Sinne eines erfolgreichen Wissensmanagements eine Methodik für die Vorgehensweise bei neuen Entwürfen zu entwickeln. Auch beim Flugzeughersteller Airbus befindet man sich in einer solchen Phase, in der das Wissensmanagement eine große Rolle spielt. Dabei ist es das Ziel, eine Wissensdatenbank aufzubauen, mit deren Hilfe dann eine Teilautomatisierung im Entwurfsprozess mittels Computerprogrammen (Tools) verwirklicht werden kann. Lag bei der bisherigen Vorgehensweise zur Ermittlung von Entwurfsparametern im Flugzeugvorentwurf das Schwergewicht auf dem statistischen Auswerten empirisch unterstellter Zusammenhänge aus bestehenden Daten, wird in der Vorentwurfsabteilung (Future Project Office) der Firma Airbus im Bereich der Gewichtsabschätzung des Tragflügels seit einiger Zeit ein analytisches Prognoseverfahren eingesetzt, das in ein computergestütztes Tool implementiert ist. Zur Nutzung dieses Tools werden jedoch Parameter benötigt, die in dieser frühen Entwicklungsphase zum Teil noch nicht zur Verfügung stehen. Im Rahmen dieser Arbeit wird, ausgehend von diesen zu ermittelnden Parametern, ein theoretischer Ansatz zur Kategorisierung des vorhandenen Wissens in drei Bereiche aufgezeigt. Dabei wird unterschieden zwischen dem wissensbasierten Schließen bei mathematisch geschlossen lösbaren Problemen, dem randbedingungsbasierten Schließen bei äußeren Vorgaben und dem fall- bzw. regelbasierten Schließen, bei dem es sich um ähnlichkeitsmechanische Ansätze handelt, deren Mechanismen die unbekannte exakte Lösungsfunktion approximieren. Das Hauptaugenmerk in dieser Abhandlung ist speziell auf den nutzbringenden Einsatz des fall- bzw. regelbasierten Schließens im Flugzeugvorentwurf gerichtet. Dabei wird diese Vorgehensweise an der geschlossen lösbaren Entwurfsgleichung der Startrollstrecke validiert, um sie dann auf das nicht geschlossen lösbare Problem der Startstrecke anzuwenden und mit dem bisherigen empirischen Ansatz von Raymer zu vergleichen. Danach wird in Bezug auf die hier speziell gestellte Aufgabe der Ansatz auf die Ermittlung der Größen der Sekundärstrukturflächen des Tragflügels erweitert.Item Open Access Beitrag zur Gestaltung und Auslegung von 3D-verstärkten Faserverbundschlaufen(2007) Havar, Tamas; Drechsler, Klaus (Prof. Dr.)Zukünftige Verkehrsflugzeuge haben das Ziel wirtschaftlicher und leistungsfähiger zu werden. Zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit wurde eine so genannte Miniature Trailinge Edge Device (kurz: Mini-TED) entwickelt. Die Mini-TED ist eine Spreizklappe aus einem Kohlenstofffaserverbund (CFK), die an die Unterseite der Flügel-Hinterkante mittels integraler Scharnierschlaufen aus CFK angebunden wird. Die hierbei auftretenden Belastungen wirken auf die CFK Scharnier-Schlaufen in unterschiedlichen Richtungen. Hierbei handelt es sich zum einen um schlaufentypische Belastungen, wie reine Zuglasten in Schlaufenrichtung (0° Lastrichtung). Zum Anderen treten schlaufenuntypische Lasten auf, die senkrecht zur Schlaufe wirken (Querzuglasten mit 90° Lastrichtung) und dadurch zum frühzeitigen Versagen führen. Dabei beträgt die Querzugfestigkeit ca. 10% der Zugfestigkeit. Als weiteres Beispiel wurde ein Querlenker aus der Automobilindustrie untersucht. Aufgrund von Reiblasten in den Augen treten hier ebenfalls Lasten senkrecht zur Schlaufe auf. Mittels Verstärkungen in der dritten Richtung von Faserverbundschlaufen soll primär die Festigkeit gegenüber Querzuglasten verbessert werden. In der vorliegenden Arbeit wurden drei unterschiedliche Schlaufentopologien betrachtet. Die erste Schlaufentopologie ist eine Parallel-Schlaufe, die sich dadurch kennzeichnet, dass die Schlaufenlagen gerade in das Bauteil laufen und dabei meist ein Mittellaminat mit einschließen. Die Taillierten-Schlaufe zeichnet sich durch eine Zusammenführung der Schlaufenlagen hinter dem Bolzen aus. Die Halbtaillierten-Schlaufe ist eine Mischung der beiden vorherigen Varianten. Die äußeren Schlaufenlagen verlaufen gerade ins Bauteil, während die inneren Schlaufenlagen hinter dem Bolzen zusammengefügt werden. Mittels nichtlinearer FEM Analysen wurden die verschiedenen Schlaufentopologien bei unterschiedlicher Belasten untersucht und die internen Lastverteilung berechnet. Hierbei hat sich gezeigt, dass ein Erstversagen bei allen Schlaufentopologien und Belastungen auf die interlaminare Schäl- und Scherbelastung der Zwischenschicht zwischen Schlaufenlagen und Mittellaminat zurückzuführen ist. Es wurden interlaminare Schäl- und Scherversuche von 3D-verstärkten Proben durchgeführt. Die Probengeometrie wurde an die Parallel-Schlaufe angelehnt um eine direkte Übertragbarkeit der Versuche zu gewährleisten. Des Weiteren wurden 3D-Verstärkungen mit unterschiedlichem Nahtwinkel und Stichabstand untersucht. Die Versuche haben gezeigt, dass die interlaminare Schälfestigkeit enorm gesteigert werden kann. Gleichzeitig konnte die interlaminare Scherfestigkeit kaum verbessert werden bzw. bei Nähten unter 90° zeigte sich sogar eine leichte Schwächung. Die Auswirkung der 3D-Verstärkung auf die verschiedenen Schlaufentopologien wurde in statischen Versuchen untersucht. Die Versuche mit 3D-Verstärkungen zeigten, dass das Erstversagen bei reiner Zuglast unter 0° nur bei der Taillierten-Schlaufe verbessert werden kann und bei den anderen Schlaufentopolgoien eher zu einer Verschlechterung führt. Bei gemischter Belastung unter 45° konnte eine leichte Verbesserung des Erstversagens infolge einer 3D-Verstärkung aufgezeigt werden. Die Verbesserung der Restversagens konnte jedoch erheblich gesteigert werden, da die 3D-Verstärkung die fortschreitende Delamination behindern. Die größte Verbesserung der Festigkeiten zeigte sich bei der Querzugbelastung unter 90°. Hierbei zeigte sich eine deutliche Steigerung des Erst- und Restversagens. Die Versuche haben ebenfalls gezeigt, dass eine Implementierung eines Innenrings in die Schlaufe das Erst- und Restversagen zusätzlich erheblich verbessern kann, da hierdurch die Anbindung der Schlaufenlagen an das Mittellaminat im kritischen Bereich zusätzlich verstärkt wird. Die Ermüdungsfestigkeit wurde in Lebensdauerversuchen untersucht. Hierbei hat sich gezeigt, dass mittels einer 3D-Verstärkung die Ermüdungsfestigkeit bei 0° Zuglasten deutlich verbessert werden kann. Bei Zuglasten in 90° Lastrichtung konnte die Ermüdungsfestigkeit durch eine 3D-Verstärkung mit zusätzlichen Innenring sogar über die statische Festigkeit der unverstärkten Probe hinaus verbessert werden. Das Schädigungsverhalten der 3D-verstärkten interlaminaren Schäl- und Scherversuche so wie der Parallel-Schlaufe, wurde in nicht linearen FEM Analysen mit numerischen Degradationsmodellen nachgebildet. Die angewandten Versagensmechanismen unterschieden sich für eine Schädigung in einer unidirektionalen (UD) Schicht und einer Delamination zwischen zwei UD-Schichten. Diese wurden mittels Unterprogrammen in das nicht lineare FEM Tool "Marc-Mentat" der Firma MSC Software integriert. Es hat sich gezeigt, dass das Schadensverhalten sehr gut nachgebildet werden kann. Die Abweichung zwischen den berechneten und den experimentell ermittelten Versagenslasten war moderat. Zuletzt wurden anhand der Ergebnisse aus den durchgeführten Arbeiten Gestaltungsrichtlinien für Faserverbundschlaufen abgeleitet.Item Open Access Erstellung und Optimierung der Skalierungsgesetze zur Abschätzung der Aerodynamik und der Eigendynamik eines Flugzeugs auf der Basis von frei fliegenden Modellen(2007) Nguewo, Danyck; Voit-Nitschmann, Rudolf (Prof. Dipl. Ing.)Die vorliegende Abhandlung behandelt die Definition der Skalierungsmethodik für Flugver-suche mit einem frei fliegenden Modellflugzeug zur Vorhersage der aerodynamischen und flugmechanischen Eigenschaften des Originalflugzeugs. Hauptziel ist hierbei die Festlegung der Voraussetzungen für zuverlässige Simulationsergebnisse. Das Erreichen des oben definierten Ziels führt im Idealfall zur Einhaltung aller Ähnlichkeits-parameter, die die Aerodynamik und das Flugverhalten beider Flugzeuge beeinflussen. In einer Durchführbarkeitsstudie werden die praktischen Grenzen dieser Hypothese aufbauend auf dem Demonstratormodell von VELA 2 analysiert. Außerdem wird in Anlehnung an die Statistik die zu erwartende Qualität der Simulationsergebnisse abgeschätzt. Bei kleinen Skalierungsfaktoren, so wie beim Projekt "Demonstratormodell" mit , werden in der Regel nicht alle Ähnlichkeitsparameter eingehalten. Grund dafür ist das prob-lematische Erreichen der Mach- und Reynolds-Zahl des Originalflugzeugs im Flugversuch mit dem Modell. Die Skalierung der Mach- und Reynolds-Zahl ruft Kompressibilitäts- und Reibungseffekten in der abgeleiteten Bewegungsgleichung hervor, die zu einer Verfälschung der Versuchsergebnisse führen. Zur Reduzierung dieser unerwünschten Effekte werden ver-suchstechnische und flugmechanische Ansätze erarbeitet. Die versuchstechnischen Optimierungsansätze werden in Kapitel III durch die Festlegung des Geschwindigkeitsbereichs und der Flughöhe des Originalflugzeugs definiert, die die besten Simulationsergebnisse liefern. Zur Definition der flugmechanischen Optimierungsansätze für das VELA 2-Modellflugzeug wird zunächst die Dimensionsanalyse basierten Ähnlichkeitsgesetze auf die Flugmechanik und speziell auf die Systemmatrix angewendet. Daraus resultiert die Theorie zur Ableitung der Bewegungsgleichung eines Flugzeugs (z. B. des Modells) von einer vorgegebenen (z. B. der Bewegungsgleichung des Originals) so, dass die beiden Gleichungen identische Bewe-gungsformen beschreiben. Der nächste Schritt besteht darin, die Bewegungsgleichung des Modells an die auf dieser Weise abgeleitete Bewegungsgleichung anzupassen. Dies geschieht, wie in Kapitel IV dargelegt, durch gezielte Veränderung von flugmechanischen Parametern (Schwerpunktlage, Lagewinkel etc.). Diese Optimierungsmaßnahmen ergeben sich aus einer detaillierten Studie der so genannten kausalen Ketten, in der sich eine Variation der Mach- oder Reynolds-Zahl auf die dimensionslosen Derivativa auswirkt, was zu einer Veränderung der Ersatzgrößen (Elemente der Systemmatrix) und damit der Eigendynamik des Flugzeugs führt. Ein weiterer wichtiger Bestandteil dieser Arbeit stellt die Entwicklung des Tools Fast Estima-tion of Design Parameters (FEDeP) dar (vgl. Anhang A). Hauptaufgabe dieses Programms ist es, den Entwurfsingenieur in der Vorbereitungsphase der Simulation mit einem frei fliegen-den Modell zu unterstützen. Dazu gehört neben der Implementierung der weiter oben be-schriebenen Theorien (Erstellung und Optimierung der Skalierungsgesetze sowie die Ermitt-lung der Kompressibilitäts- und Reibungseinflüsse auf die Flugeigenschaften) die Bereitstel-lung der Module zur Flugzeugdimensionierung und zur Visualisierung des Flugverhaltens in einer graphisch animierten Simulation.Item Open Access Faserverbundwerkstoffe im Automobilbau: methodischer Ansatz zur Analyse von Schäden(2012) Schmidt, Alexandra Priska; Drechsler, Klaus (Prof. Dr.-Ing.)Schadensanalyse beinhaltet die Beurteilung geschädigter Bauteile von der Schadenserkennung bis zur Entscheidung über Tolerierbarkeit, Reparatur oder Austausch. Es gibt derzeit keine allgemeine Bewertungsgrundlage, um die zulässige Schadensgröße für Bauteile aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) an Fahrzeugen im praktischen Einsatz zu ermitteln. Die vorliegende Arbeit liefert einen methodischen Ansatz zur Entscheidungsfindung. Die Arbeit befasst sich mit Schäden, die nachträglich in die Fahrzeugstruktur eingebracht werden. Dies kann etwa durch Fehlgebrauch, Unfälle oder Steinschläge geschehen. Fertigungsfehler werden nicht berücksichtigt. In einem Versuchsprogramm wurde die Restfestigkeit von vorgeschädigten CFK Rohren mit unterschiedlichem Lagenaufbau unter Druckbelastung ermittelt. Realitätsgetreue Impacts werden zunächst durch einfache Bohrungen sowie Längs- und Quernuten auf akademische Weise angenähert und die Ergebnisse mit ungeschädigten Proben verglichen. Der Einfluss der Faserorientierung sowohl auf die Schadensausbreitung bei Impactschäden als auch auf die Restfestigkeit wird betrachtet. Deutliche Zusammenhänge zwischen Schadensgröße und Bruchlast konnten ermittelt und analytisch beschrieben werden. Dadurch ist eine Vorhersage der Restfestigkeit bei weiteren Schadensgrößen möglich. Zur potenziellen Reduktion der Versuchsumfänge wird die Möglichkeit der Computersimulation geprüft. Es wird deutlich, dass Simulationsmodelle die umfangreiche empirische Datenbasis derzeit nicht vollständig ersetzen können. Anhand des seitlichen Dachrahmens eines Automobils wird gezeigt, nach welchen Kriterien die Entscheidung über kritische oder unkritische Schäden erfolgt. Dazu wird der Standardlastfall des Dacheindrücktests verwendet. Die Ergebnisse der Versuche dienen als Bewertungsgrundlage. Ein 7-Punkte-Plan fasst die entwickelte Methodik zusammen und dient als Grundlage für die Analyse. Das exemplarisch durchgeführte Vorgehen kann auf beliebige Geometrien und weitere Lastfälle übertragen werden. Die Erkenntnisse dieser Arbeit können bereits in der Entwicklungsphase eines Automobils als Entscheidungsgrundlage dienen. Unter Berücksichtigung eines geeigneten zerstörungsfreien Prüfverfahrens zur Detektion der Schädigungen eignet sich die vorgestellte Methodik auch zum Einsatz im automobilen Kundenservice. Es wurden verschiedene Methoden miteinander verglichen. Neben Ultraschall und Computertomographie bietet sich die Optische Lock-In Thermographie für den praktischen Einsatz an.Item Open Access Modeling, testing and application of tuned liquid multi-column dampers for floating offshore wind turbines(2024) Yu, Wei; Cheng, Po Wen (Prof. Dr.)Item Open Access Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Widerstandsschweißen endlosfaser- und kurzfaserverstärkter thermoplastischer Hochleistungsstrukturen(2013) Freist, Carsten; Voggenreiter, Heinz (Prof. Dr.-Ing.)Der Anteil von faserverstärkten Leichtbau-Kunststoffen hat über die letzten Jahre in nahezu allen industriellen Bereichen zugenommen. Die vergleichsweise junge Werkstoffklasse der faserverstärkten Kunststoffe zeichnet sich unter anderem durch ein großes Leichtbaupotenzial, hohe Steifigkeiten, gute Schlagzähigkeit, gute Medienbeständigkeit und ein hohes Potential an integrativer Gestaltung aus [6, 9]. Zu dem aktuellen Forschungsstand sind die Automatisierbarkeit, die NDT-Qualifizierung sowie die Fügeproblematik offene Themenfelder, die den industriellen Einsatz von FVKs einschränken. Das Motivation dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung eines Fügeverfahrens für CFK-Strukturen mit dem Schwerpunkt einer ingenieursmäßig Applizierung. Die Erkenntnisse und Einflüsse werden auf vereinfachte Modelle reduziert, um gesamtheitlich berücksichtigen werden zu können. Wesentliche, aus dieser Motivation resultierende Aspekte sind die Fertigungsparameter, Vertrauensbereiche und die Kontrolle der auftretenden Fügephänomenen. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag im Bereich der Grundlagenforschung des Widerstandsschweißens für thermoplastische, faserverstärkte Hochleistungskunststoffe. Dies umfasst die phänomenologische Analyse des Verfahrens sowie den Aufbau eines makroskopischen Modells für eine numerische Applikation in ANSYS. Die Problemformulierungen resultieren aus den experimentell identifizierten Verhalten und Phänomenen sowie deren numerischen Beschreibung. Die Basis dieser Arbeit sind eine umfassende experimentelle Analyse des Widerstandsschweißprozesses über mehreren Skalen sowie eine systematische Prozessoptimierung. Die identifizierten Phänomene wurden numerisch abgebildet, bewertet und verifiziert. Die empirischen und numerischen Analysen zeigen, dass der Fügeprozess wesentlich durch zwei Effekte, den „Randeffekt“ sowie den „Stromkurzschlusseffekt“ beeinflusst wird. Diese Effekte sind auf die Interaktion zwischen Beschränkungen aus dem Prozessaufbau mit dem anisotropen Materialverhalten der faserverstärkten Kunststoffe zurückzuführen. Analysen zeigen, dass die Gestaltung des Schweißelementes und der Prozessaufbau einen wesentlichen Einfluss auf die Prozesssicherheit haben. Basierend auf den Erkenntnissen wurde ein mit Glasfaserisolierungsgewebe vorkonsolidiertes Edelstahlgitter basiertes Element entwickelt. Die Präparation der Schweißelemente in einem Konsolidierungsprozess verbessert die Fasermatrixanbindung und verhindert Lufteinschlüsse in dem Schweißelement, die zu lokalen „Hot Spots“ führen können. Weitere Vorteile dieser Konfiguration sind das Handling, die gute Prozessierbarkeit sowie die Homogenisierung der Temperaturverteilung über die Fügefläche. Über eine vollfaktorielle Prozessanalyse wurde für APC2-APC2 und APC2-450CA30 Werkstoffpaarungen ein Prozessoptimum, sowie der Vertrauensbereich ermittelt. In dem numerischen Modell sind die Phasen des Fügeprozesses sowie alle identifizierten prozessualen Einflüsse wie die Wärmeentwicklung, die Oberflächenrauheiten, die Mirkokontaktierung in der Schmelphasenausbildung oder die Konsolidierung und Rekristallisation berücksichtigt. Dies umfasst die Bewertung unterschiedlicher Wärmeübergangsmodelle, Konvektionseinflüsse und Materialmodelle. Die Modelle wurden sukzessive über mehrere Skalen aufgebaut und evaluiert. Die verifizierten Modelle wurden final auf ein makroskopisches Modell abstrahiert. Am Beispiel eines generischen Vorflügels wurde die Verschweißung numerisch simuliert. Die Erkenntnisse flossen in den Prozessaufbau, sowie die Gestaltung des Schweißprozesses für einen Prototypen ein. Dadurch konnte der experimentelle Aufwand reduziert werden. Die experimentelle Umsetzung zeigte eine gute Konkordanz zu den numerischen Ergebnissen.Item Open Access Formal knowledge representations for textual automotive system requirements and tests(2021) Walter, Benedikt; Rudolph, Stephan (Priv.-Doz. Dr.-Ing.)Item Open Access Methoden der Bewertung des Leichtbaupotenzials sowie der Fertigbarkeit von Bauteilgeometrien für die Umsetzung in Faserverbundbauweisen(2022) Zink, Dennis; Middendorf, Peter (Prof. Dr.-Ing.)In der Konzeptphase der Bauteilentwicklung ist eine frühe und effiziente Abschätzung des Leichtbaupotenzials einer Werkstoffklasse zielführend, insbesondere für einzelne Bauteile einer komplexen Baugruppe. Die Anwendung bekannter numerischer Methoden ist hierfür mit hohem Aufwand verbunden. Sowohl die Bewertung des Leichtbaupotenzials eines Bauteils für die Umsetzung in Faserverbundbauweisen als auch die Bewertung der Fertigbarkeit sind von Bedeutung. Das Leichtbaupotenzial anisotroper Faserverbundwerkstoffe ist von der Beanspruchung des Bauteils abhängig, die Fertigbarkeit von der Bauteilgeometrie. Für die Quantifizierung dieser zwei Zusammenhänge werden in der vorliegenden Arbeit zwei Bewertungsmethoden vorgestellt. Basierend auf den Hauptnormalspannungsvektoren wird eine Methode entwickelt, die Lastpfade detektiert und demnach das Umsetzungspotenzial unterschiedlicher Faserverbundbauweisen bewertet. Die Quantifizierung der Fertigbarkeit aufgrund von Bauteilgeometrien erfordert eine Korrelationsfunktion zwischen den Auswirkungen der Geometrie und dem Fertigungsergebnis. Grundlegend gilt, dass für ähnliche Bauteilgeometrien bei gleichbleibendem Herstellungsprozess und Material ähnliche Fertigungsergebnisse zu erwarten sind. Die Ähnlichkeit wird durch Methoden der Künstlichen Intelligenz als Skalar und auch lokalisiert auf der Bauteilgeometrie angegeben. Die bewertete geometrische Ähnlichkeit der Bauteile soll mit der Ähnlichkeit der Fertigungsergebnisse korrelieren. In Konsequenz werden die vorgestellten Methoden der Ähnlichkeitsbewertung durch Simulationsergebnisse eines Herstellungsprozesses von Faserkunststoffverbunden kalibriert.Item Open Access Prozesskette zur robotergestützten Herstellung vernähter faserverstärkter Preforms(2014) Herkt, Manuel; Middendorf, Peter (Prof. Dr.-Ing.)Faserverbundwerkstoffe insbesondere auf Basis von Kohlenstoffffasern sind seit langem ein wichtiger Werkstoff im Flugzeugbau, da sie im Vergleich zu metallischen Werkstoffen eine signifikante Gewichtsersparnis für Bauteile bedeuten. Ein großer Nachteil dieser Technologie sind allerdings die hohen Herstellkosten, da der Prozess bei dem häufig mit Harz vorgetränkte Faserhalbzeuge zum Einsatz kommen noch weitestgehend manuell abläuft. Eine Alternative zu den vorgetränkten Fasern bietet die Preformtechnologie in Kombination mit Harzinjektionstechniken. Um textile Vorformlinge für Faserverbundbauteile herzustellen kommt häufig die Nähtechnik zum Einsatz. Textile Techniken und insbesondere Näh- gekoppelt mit Harzinjektionstechniken können wesentliche Beiträge zur Kostenreduktion liefern. In dieser Arbeit wird eine Prozesskette entwickelt, mit der es möglich ist, textile Preforms automatisiert mit einem Roboter zu konfektionieren. Die entwickelte Prozesskette wird in Form einer sog. erweiterten ereignisgesteuerten Prozesskette dargestellt. Es werden zunächst die Grundlagen für einen intelligenten Nähprozess mit einem Industrieroboter erörtert und in Grundlagenuntersuchungen validiert. Taktile Sensorik kommt ebenso wie berührungslose Sensorik zu Einsatz. Hierfür wurden insbesondere Untersuchungen zur Reflexion von Carbonfasern durchgeführt, um den Wellenlängenbereich zu ermitteln, in dem die Fasern am meisten Licht reflektieren. Auf dieser Basis wird eine Demonstratoranlage abgeleitet und an einem konkreten Bauteil aus der zivilen Luftfahrt, dem A350- Fensterrahmen, validiert und Parameter für eine industrielle Herstellung ermittelt. Diese Parameterermittlung dient als Grundlage für eine exemplarische Wirtschaftlichkeitsanalyse und mögliche Fabrikplanung für eine Serienherstellung des Fensterrahmens für die A350. Die Ergebnisse dieser Wirtschaftlichkeitsanalyse der robotergestützten Vernähung werden mit den Kosten der manuellen Herstellung des Fensterrahmens verglichen.