CD-Labor for Strukturfestigkeitskontrolle von Leichtbaukonstruktionen

Leichtbaukonstruktionen, z.B. in Flugzeugen oder modernen Kraftfahrzeugen, sind hohen Belastungen ausgesetzt. Forschungsthema des CD-Labors ist die automatisierte Festigkeitskontrolle solcher optimierter Bauweisen während des laufenden Betriebs.

Ziel des Leichtbaus ist die maximale Gewichtseinsparung. Das Resultat sind oft dünnwandige Bauteile, die zudem aus Hochleistungswerkstoffen wie etwa kohlefaserverstärktem Kunststoff bestehen. Um die Tragfähigkeit und Sicherheit solcher optimierten Bauweisen zu gewährleisten, entwickelt man im Bereich des Leichtbaus verfeinerte Berechnungsmodelle und spezielle Computerprogramme und führt aufwändige Belastungsversuche durch. Aber auch im weiteren Betrieb einer Leichtbaukonstruktion muss die dauerhafte Tragfähigkeit sichergestellt sein, was im Allgemeinen durch regelmäßige Inspektionen und detaillierte Wartungsprogramme geschieht.

An diesem Punkt setzt die interdisziplinäre Forschungsarbeit des CD-Labors für Strukturfestigkeitskontrolle von Leichtbaukonstruktionen an. Ziel ist die Entwicklung mechatronischer Systeme, die während des Betriebs, in Echtzeit und über die gesamte Bauteil-Lebenszeit mit Hilfe von Sensoren die Tragfähigkeit (d.h. Festigkeit) von Leichtbauteilen überwachen und sicherstellen (d.h. kontrollieren). Klassisches „Structural Health Monitoring“ (SHM) ist dabei ein wesentliches Element, wenngleich aber nur ein Teil des Gesamtprozesses. Die Forschungsarbeit des CD-Labors geht über diese reine Beobachtung des Strukturzustands hinaus. Die entwickelten Systeme sollen mögliche auftretende Schäden (z.B. Risse in metallischen Werkstoffen oder Delaminationen in faserverstärkten Kunststoffen) auch unmittelbar bewerten, deren weiteren Einfluss auf die Bauteilfestigkeit vorhersagen und letztendlich Reparaturmaßnahmen vorschlagen.

Die Entwicklung solcher Systeme erfordert interdisziplinäre Forschung an entsprechenden Berechnungsmodellen und Berechnungsmethoden zur Festigkeitsanalyse, an Sensoren, deren optimaler Anordnung und der Verarbeitung der Sensorsignale, an den strukturmechanischen Vorgängen bei der Schadensinitiierung und weiteren Schadensausbreitung sowie an Reparaturmaßnahmen, die hinsichtlich der Rest-Lebenszeit und den aktualisierten Betriebsanforderungen optimiert sind. Die technische Umsetzung geschieht durch die Unterstützung moderner Methoden des Systems Engineering, etwa durch Aufbau einer erweiterten, integrierten Strukturdatenbank, die alle relevanten Informationen und Daten zum Bauteil und zum Kontrollsystem speichert, verarbeitet und weiter gibt. Zur praktischen Validierung der Forschungsergebnisse werden Versuche am Struktur- und Bauteilprüfstand durchgeführt.