Environmental Engineering Reference
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Bei Sandwichbauteilen kann es neben dem Versagen der Gesamtstruktur (Knicken als Stab
oder Beulen der Platte bzw. Schale) auch zu lokalem Stabilitätsversagen der Deckschichten
kommen, dem Deckschichtbeulen oder dem Deckschichtknittern sowie beim Kern (Schub-
beulen) kommen. Ursachen dafür können entweder eine zu geringe Biegesteifigkeit bzw. Di-
cke der Deckschicht oder ein zu weicher Kern (E-Modul bzw. Schubmodul sind zu klein) sein.
Die Effekte lassen sich mit den folgenden Formeln abschätzen:
Deckschichtbeulung:
p
=
0,5
·
3
æ
krit
E
D
·
E
K
·
G
K
(5.40a)
Deckschichtknittern:
s
E
K
·
t
D
E
D
·
t
k
æ
krit
=
0,82
·
E
D
·
(5.40b)
mit:
æ
krit
= maximal tragbare Druckspannung (bei Stabilitätsuntersuchungen werden i. A. die
Druckspannungen als positiv verwendet);
E
D
= E-Modul der Deckschicht;
E
K
= E-Modul des
Sandwichkerns;
G
K
= Schubmodul des Kerns;
t
D
= Dicke der Deckschicht;
t
K
= Dicke des Kerns
5.4 Finite-Elemente-Berechnungen
5.4.1 Spannungsberechnungen
Die Finite-Elemente-Methode (FEM) ist eine weitere Möglichkeit zur Festigkeits-, Schwin-
gungs- und Beulberechnung von Rotorblättern. Im fortgeschrittenen Projektstadium, wenn
die Abmessungen und Materialdaten des Rotorblattes schon weitgehend festliegen, ist die-
se Methode zur endgültigen Auslegung und als Nachweis z. B. gegenüber den Zertifizierern
erforderlich, da mit analytischen Methoden wie der Balkentheorie nur Abschätzungen der
auftretenden Spannungen vorgenommen werden können. Insbesondere lassen sich damit
komplizierte dreidimensionale Bauteile berechnen, bei denen lokale Effekte wie Krafteinlei-
tungen, Steifigkeitssprünge, Spannungskonzentrationen, Kraftumlenkungen usw. auftreten,
die mit analytischen Methoden i. A. nicht mehr erfasst werden können.
Die gängigen FEM-Programme haben zwar Elemente implementiert, mit denen Laminate
berechnet werden können, aber bei Sandwichlaminaten, bei denen Deckschichten und Ker-
ne sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften haben, führen derartige Elemente zu
großen Abweichungen bei den ermittelten Spannungen, speziell in den Kernen. Die ertrag-
baren Spannungen der Kernmaterialen sind um ca. zwei Zehnerpotenzen kleiner als die der
Laminate in den Deckschichten, sodass schon geringe Ungenauigkeiten in den ermittelten
Spannungen zu Schädigungen des Kerns führen können.
Eine Möglichkeit zur Umgehung dieser Probleme ist eine entsprechende feine Elementierung
der Deckschichten und Kerne. Das führt aber zu einer sehr großen Anzahl von Elementen bzw.
sehr großen Gleichungssystemen, für deren Lösungen entsprechende leistungsfähige Rechner
notwendig sind.
