Faserverbundkonstruktion - Raumfahrtbeleg

[Hausmeister2001]

Guten Morgen,

ich würde gern mal bei Denen, die den Beleg ebenfalls bearbeiten/bearbeitet haben, nach einigen Eindrücken forschen.

Ich habe den Tubus jetzt ausgelegt, und erhalte auch eine im Rahmen der Anforderungen temperaturstabile Lösung. Allerdings schaff ich es nur für die Variante mit Rovings. Für Prepregs und Handlaminat finde ich keinen Aufbau, der im Rahmen bleibt.?

Mein jetzige Favoritenkonstruktion:

Verfahren: Rovings
Aufbau: [-45,0,45,90,90,45,0,-45] , 11mal das ganze

Mit den drei Fasergehalten (Minimum, nominell, Maximum) erfülle ich dann in alle Anforderungen, für den Mittelwert mal die Werte:

epsilon_x: -6*10^-8
epsilon_y: -6*10^-8
epsilon_xy: 0

Masse: 77,14 kg
1. Eigenfrequenz: 204 Hz

Hat irgendwer den Aufbau mit Handlaminat/Prepreg temperatur-stabil geschafft?
Hat jemand eine leichtere Lösung?

Greetz

[MarcelD]

Hi

Hast du Elamx verwendet?
Ich komm mit dem Programm auch in etwa auf deine Epsilons. Aber die Epsilons, die dort ausgegeben werden sind doch Epsilon_0, oder? Das heißt, um auf Epsilon zu kommen, muss man Epsilon_0*delta T berechnen.

Für die 0,5er Schicht kommen wir hier noch unter die geforderten Werte zur Längenänderung, für +/-2% allerdings nicht mehr (dabei ist es egal, ob man 45er schichten mit einbaut, die werte bleiben gleich).

Eine weitere Frage, die sich uns stellt, ist:
Beziehen sich die Toleranzen auf den Volumenanteil oder auf das ganze Volumen? Sprich, sind +2% ein Faservolumenanteil von 51% (0,5*2%)  oder 52% (0,5+0,02)?

Zur Kontrolle die Werte für eine 0,5 UD-Schicht:

Faservolumenanteil    =    0,5    
E_x    =    251800    N/mm²
E_y    =    4412,903226    N/mm²
v_xy-    =    0,355    -
vyx =    0,006221528    -
G-    =    2424,870466    N/mm²
a_T,x    =    -1,13185E-06    1/K
a_T,y    =    4,89E-05    1/K
rho    =    1480    
           
F    =    0,51    
E_x    =    256764    N/mm²
E_y    =    4432,922878    N/mm²
v_xy    =    0,3551    -
v_yx    =    0,006130653    -
G    =    2467,573553    N/mm²
a_T,x    =    -1,14619E-06    1/K
a_T,y    =    4,85E-05    1/K

           
F    =    0,49    
E_x    =    246836    N/mm²
E_y    =    4393,063584    N/mm²
v_xy    =    0,3549    -
v_yx    =    0,006316333    -
G    =    2383,620251    N/mm²
a_T,x    =    -1,11694E-06    1/K
a_T,y    =    4,93E-05    1/K

[Hausmeister2001]

1. Es ist ziemlich eindeutig das 48%-52% gemeint ist, alles andere würde mich wundern und wäre auch nicht realistisch, besonders für die händische Variante.

2. Habs erst im excel ausgelegt und nur am ende die kontrolle mit elamX gemacht. Die Dehnungen die da rauskommen sind schon die fertigen, es gilt ja

epsilon-Vektor=ABD^-1 * Spannungsvektor

und der Spannungsvektor ist der Teil der von der Temperatur abhängt.

Ansonsten wäre eher mal ineressant wie den nun euer Zylinder aussieht (Lagenaufbau, Masse und Eigenfrequenz)

[Raver1687]

@Hausmeister2001:

Sorry erst einmal für die späte Antwort.
Nun zu deinen Werten:

1. epsilon_x und y sind bei mir positiv, Größenordnung stimmt. Prüf dort nochmal nach, ob deine Transformationsmatrix T_sigma für die Umrechnung von lokalen zu globalen Dehnungen richtig ist. Damit berechnen sich ja dann über einige Zwischenschritte die beiden epsilon-Werte. Es wäre aus meiner Sicht die einzig mögliche Fehlstelle...

2. 11 Schichten sind meiner Berechnung nach viel zu viel. Komme auf 5 mit diesem Aufbau. Wie berechnest du den E-Modul des Tubus?

3. Die Masse scheint mir für 11 Laminatschichten sehr gering. Bei mir sind es wie gesagt mit nur 5 Schichten bereits 70 kg.

Hoffe das hilft weiter

[Hausmeister2001]

1. Das liegt daran das ich -3K eingesetzt habe, ist ja egal in welche Richtung sich die Temperatur ändert. Kälter klang mir erstmal logischer. Das sollte also stimmen.

2. Der E-Modul des Tubus, den ich für die erste Eigenfrequenz benutze ergibt sich aus

E=1/([[A]^-1]_11]*t]

Also in Worten, der Wert erste Reihe, erste Spalter der inversen A-Matrix mal die gesamt Wandstärke. So sollte es laut Übungsleiter und laut Faserverbundkonstruktionsbuch aussehen.

3. An diesem Punkt muss ich dir danken, da lag der Hund begraben. Hatte einen Denk/Rechenfehler jeweils beim Aussendurchmesser des Kreisrings... ich hatte nur eine Wanddicke addiert anstatt zweier, das war der Fehler. Jetzt hab ich die gleichen werte die du schon nanntest, also scheint es jetzt zu stimmen! Bei 5 Schichten erfüllt es zwar leider die Eigenfrequnez noch nicht perfekt, aber bei 6 funkitoniert es.



Mich würde noch interessieren, ob du
A) eine sinnvolle Lösung für die anderen beiden Fertigugnsverfahren
B) einen besseren Lagenaufbau hast.

Evtl. auch per PM, man muss ja nicht allen die Lösung verraten, da schick ich dir gern auch mal den besten Aufbau den ich im Moment habe, der kommt auf etwa 63kg.

Aber erstmal Besten Dank!!!

[MarcelD]

Moinsen

Also wir haben es jetz auch soweit fertig.
Wir haben entsprechend der Daten von oben (0,5er Anteil) gerechnet.
Unserer Aufbau ist [0,90,0,90]s  (wobei [0,90]s anscheinend auch gegangen wären)

Die Epsilons stimmen bei uns mit denen von Hausmeister im 1. post überein.

Mit dem Schichtaufbau kommen wir auf eine Masse von ca. 56kg bei 4-facher Schicht.
Bei einer Biegefrequ. von ca. 211.

Die anderen Verfahren laufen bei diesem Aufbau übrigens nicht.

Marcel

[Hausmeister2001]

Das verletzt aber sowohl die 10%-regel als auch die Regel, das zwischen Schichten nicht mehr als 60° Faserwinkeldifferenz liegen sollten...

[MarcelD]

Recht hast scho, aber in den Übungen haben wir auch mit genügend 0,90er schichten gerechnet.
Und der Weiße hat die Regeln auch immer etwas aussen vor gelassen. Also wird das wohl kein großes Problem sein.