K17 Sandwichbauweise Flashcards
Wie ist eine Sandwichstruktur prinzipiell aufgebaut? Warum stellt die Sandwichbauweise ein effizientes Leichtbauelement dar?
• Ein Sandwich ist ein Verbund aus zwei Häuten und
einem dazwischen liegenden leichten Kernmaterial in
unterschiedlichster Ausprägung.
• Es ist deshalb ein effizientes Leichtbauelement, da es die Biegebelastung in eine reine Scheibenbelastung der Deckhäute sowie in eine reine Schubbelastung des Kerns aufteilt.
–> vollständige Materialauslastung unter Biegung
Wie sehen die Verläufe von Schub- und Normalfluss (nxy, nx) von Kragträgern unter Querkraft bei den Grundelementen Scheibe, Schubfeld, Balken (I-Profil) und Sandwich aus?
Sandwich:
Realität: Plattentheorie
Membrantheorie: membrantheoretisch
->Längsspannungen des Kerns vernachlässigt, da (E_H»_space; E_K)
-> auch Biegespannungen des Kerns vernachlässigen, nur noch Steineranteile der Häute, Häute tragen Scheibenkräfte
-> In der Membrantheorie nehmen wir konstante Schubverzerrungen und konstante Schubspannungen des Kernes an
-> In Membrantheorie erfährt nur der Kern eine Schubverzerrung (vgl. Timoshenko)
—> ZEICHNEN: längsbeanspr., Biegung, Schub für Real und Membrantheorie
. Wie ist der Kernfüllungsgrad definiert und wie sehen technische Wabenkerne aus?
Kernfüllungsgrad alpha_K=
𝐴𝐹 (𝐹𝑙ä𝑐ℎ𝑒𝑛𝑖𝑛ℎ𝑎𝑙𝑡 𝑑𝑒𝑟 𝐹𝑜𝑙𝑖𝑒𝑛 𝑒𝑖𝑛𝑒𝑟 𝑊𝑎𝑏𝑒)/𝐴 (𝐹𝑙ä𝑐ℎ𝑒𝑛𝑖𝑛ℎ𝑎𝑙𝑡 𝑑𝑒𝑟 𝑔𝑒𝑠𝑎𝑚𝑡𝑒𝑛 𝑊𝑎𝑏𝑒)
hat Einfluss auf spezifisches Kerngewicht (Gewicht des Kernes bezogen auf dessen Volumen), was wiederum die mechanischen Eigenschaften (Festigkeit, Steifigkeit) des Kerns beeinflusst
verschiedene technische Wabenkerne: Hex-Core (HoneyComb), Ox-Core, Flex-Core
Technischer Hexagonalwabenkern=HoneyComb
Bei welchen Belastungen werden Sandwichstrukturen idealerweise angewendet?
Die Anwendung erfolgt überall dort, wo flächenhaft
verteilte Querkräfte eine Biegebelastung erzeugen;
seltener bei der Übertragung einer einzelnen
Querkraft. Einzellasten führen zu Knicken in der Schubdurchsenkung ws, Kern wird gequetscht
Zum Beispiel für Flügelkästen, Rotorblätter von Windkraftanlagen
Welche Vorteile bietet die Sandwichbauweise über ihre strukturmechanischen Vorteile hinaus?
• hohe Biege- und Beulsteifigkeit
• geringes Gewicht
• hohen Oberflächengüte,
• der kerbarmen, ermüdungsfesten Gestaltung
• natürlichen Fail-Safe-Eigenschaften: Nach Anriss wird der Rissfortschritt durch den Kern behindert. Durch dessen Schubnachgiebigkeit findet eine Kraftübertragung auf die zweite Deckhaut statt.
• Gute akustische sowie thermische Dämmungseigenschaften (z.B. für kryogene Tanks) sowie z.T. geringe Produktionskosten kommen
hinzu
Welche Versagensformen können bei Sandwichstrukturen auftreten?
Festigkeitsversagen (Reißen der Haut)
Druckfestigkeit des Kerns (zerdrücken des Kerns)
Zug-Druckfestigkeit der Häute (Reißen der Häute)
Schubfestigkeit der Klebung, zu geringe Schälfestigkeit
Stabilitätsprobleme (Beulen, Knittern)
• Versagensform: Schubbeulen der Kernstege
Eine zu große Kernschubbelastung kann u.U. auch zu Schubbeulen der folienartig dünnen Kernstege führen.
• Versagensform: Knittern der Häute auf elastischer Bettung
• Beulversagen der gesamten Sandwichplatte
• Beulversagen der Häute zwischen den Stegen
Welche konstruktiven Maßnahmen ergeben sich für die Krafteinleitungs- und die Randgestaltung von Sandwichplatten?
Konstruktive Gestaltung von Elementen zur Längskrafteinleitung und Randelementen
• Im einfachsten Fall wird der Kern bei einem Niet- oder Schraubanschluss gequetscht.
• Für höhere Belastung empfiehlt sich eine Auffüllung mit Gießharz oder eine Distanzbuchse.
• Sprengniete fassen gut beide Häute, verbinden sich jedoch nicht mit dem Kern und sind deshalb nur schubbelastbar.
Konstruktive Gestaltung von Krafteinleitungs- und - umleitungselementen
• Örtliche Erhöhung der Kernschubsteifigkeit durch engmaschigeren Kern bzw. Kernfüllung mit Harzen, Rippen und Randsteifen.
• Bei Torsionsbelastung muss der Randsteg mit den Häuten schubfest verbunden sein.
• Strangpressprofile haben sich bei der Ein- und Umleitung großer Kräfte bewährt
• Kleinere Querlasten können auch mittels aufgesetzter Flansche übertragen werden.
Worauf muss bei der Verwendung eines Wabenkerns geachtet werden? In welcher Richtung hat der Wabenkern die höhere Steifigkeit?
• Die gegenelastische (antiklastische) Verformung
eines HexagonalWabenkerns führt zu Problemen bei der Verarbeitung.
• Diese kann durch eine dehnschlaffe Gestaltung der
Wabenwände (z.B. durch Sicken) bzw. Versatz der gleichsinnig geordneten Trapezkernwände vermieden werden.
• Hexagonalwabenkerne weisen aus Herstellungsgründen
eine ausgesprochene Orthotropie auf.
• Schubfestigkeit und –steifigkeit sind in Längsrichtung
wegen der teilweisen Doppelwandigkeit des Stegs und dem Kleber größer, als in Querrichtung.
