Ganzheitliche Betrachtung und Optimierung von Verbindungselementen für die Flugzeugkabine

Ausgangssituation

Bei Flugzeugkabinenmonumenten besteht eine hohe Vielfalt an unterschiedlichen Lasteinleitungspunkten, bedingt durch technische und kundenindividuelle Anforderungen. Hier besteht ein großes Optimierungspotential, da aktuelle Forschung meist nur weitere Insellösungen liefert und eine ganzheitliche Betrachtung fehlt. In der Anwendung mangelt es an Standards und identische Anforderungen können eine Vielzahl von Konstruktionen und Produktionsverfahren hervorbringen.  Eine Datenbank vorhandener Lösungen als Entscheidungshilfe für Modifikationen und Neuentwicklungen, übergreifende Gestaltungsrichtlinien für lastpfadoptimierte Schnittstellen und ein durchgängiger Konstruktions-, Auslegungs-, und Fertigungsprozess, sind nicht vorhanden. Die daraus in der Praxis resultierenden Varianten an Konstruktionen und Produktionsverfahren erschweren eine Prozessoptimierung und insbesondere -automatisierung. Des Weiteren werden aktuell hoch belastete Attachments mit Hartgewebeeinsätzen realisiert. Diese sind meist überdimensioniert und nicht leichtbaukonform, da die Lastverteilung unstet ist und ein Steifigkeitssprung zum Wabenkern besteht, was zu einem vorzeitigen Versagen führt.

Zielsetzung

Ziel des Vorhabens ist die Schaffung eines ganzheitlichen, digitalisierten Entwicklungs- und Produktionsprozesses zur simulativen Auslegung und digitalen Fertigung von Lasteinleitungspunkten.

Das Ziel der Technischen Universität Hamburg im Rahmen des Projektes CabinJoint ist die numerische Optimierung und automatisierte Fertigung von Lasteinleitungen in Sandwichbauteilen.

Das Ziel des Instituts für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik ist die Integration von Simulationsmodellen in die Prozesskette, um mit einem methodischen Vorgehen die Entwicklung und Herstellung von Lasteinleitungspunkten zu unterstützen. Durch die Analyse der Modelle wird eine Reduktion der Konstruktionsvarianten auf die entsprechend des Anwendungsfalls optimale Lösung ermöglicht. Des Weiteren sollen numerische Optimierungen angewendet werden, um für hochbelastete Sandwichverbindungselemente mittels numerischer Optimierungen lastpfadoptimierte Gestaltungen zu entwickeln, um das Gewicht zu reduzieren. Zusätzlich soll der Einsatz des virtuellen Testens analysiert werden. Dies kann den Zulassungsaufwand stark reduzieren, da durch validierte Modelle praktische Belastungsuntersuchungen reduziert werden können und somit erst der Einsatz individuell optimierter Lasteinleitungspunkte ermöglicht wird.

Vorgehen

Es wird ein ganzheitlicher, methodischer Konstruktions- und Auslegungsprozess zur Optimierung von Leichtbauverbindungselementen erarbeitet, mit dem eine effizientere, digitale Entwicklung neuer Inserts und Attachments, sowie eine Modifikation hinsichtlich individueller Kundenanforderungen ermöglicht wird, wobei Randbedingungen der Fertigung und die Zulassungsfähigkeit berücksichtigt werden.
Um das Gesamtgewicht hochbelasteter Sandwichpaneele zu reduzieren, sollen die bisher üblichen Hartgewebeeinsätze durch individuell gefertigte Einsätze substituiert werden, welche eine entsprechend kontinuierliche Lastverteilung realisieren. Zur Optimierung der hochbelasteten Verbindungsstellen werden Simulationsmodelle aufgebaut und erste Lastpfadanalysen durchgeführt.  Anschließend erfolgt die Durchführung von Lastpfadoptimierungen. Anhand der Ergebnisse erfolgt die Fertigung und das Testen verschiedener lastpfadoptimierter Lasteinleitungspunkte. Aus den Ergebnissen werden Gestaltungsrichtlinien und ein methodisches Vorgehen zur Konstruktion und Auslegung von Verbindungstechniken abgeleitet.
Des Weiteren wird das virtuelle Testen der Verbindungselemente untersucht. Um eine Reduzierung des Testaufwandes zu ermöglichen, wird das virtuelle Testen modifizierter Schnittstellen, die auf dem ursprünglichen validierten Testmodell basieren, analysiert.