Robuster Entwurf beulgefährdeter, unversteifter Kreiszylinderschalen aus Faserverbundwerkstoff

Mit der Verwendung von Faserverbundwerkstoffen aus unidirektionalen Schichten stehen dem Entwurfsingenieur mit den Faserorientierungen eine große Anzahl zusätzlicher Entwurfs­parameter zur Verfügung, mit denen das Strukturverhalten der axial belasteten Kreis­zylinderschale gezielt beeinflusst werden kann. Bisher wird die Beullast der perfekten Schale durch Variation der Faser­orien­tierungen bei ansonsten identischer Geometrie maximiert. Geome­trische Imperfektionen und Lastimperfektionen sind als Abweichungen von der idealen Geometrie und Lastverteilung definiert und können die Traglast dünner Schalen drastisch reduzieren. Bisherige Methoden zur Berücksichtigung des Imperfektionseinflusses von axial gedrückten Zylinderschalen sind entweder extrem konservativ, oder sie benötigen Annahmen über die Form und die Amplitude der real vorhandenen Imperfektionen. Diese jedoch stehen zum Zeitpunkt des Entwerfens nicht zur Verfügung. Die Ermittlung und Standardisierung herstellungsbedingter Imperfektionen ist extrem aufwändig. Darüber hinaus liegen häufig nicht genügend Eingangsdaten für eine stochastische Auswertung vor. Ziel der Arbeit ist ein neues deterministisches, physikalisch basiertes Bemessungs­lastkonzept, mit dem eine sichere untere Grenze der möglichen Beullasten bestimmt wird und das zu einer wesentlichen Verbes­serung gegenüber den bestehenden Methoden führen soll. In dem zugehörigen Entwurfs­konzept wird der optimale Entwurf der realen, imperfekten Schale durch Maximierung der neuen Bemessungs­last in Abhängigkeit der Faserorientierungen ermittelt.