In diesem Beispiel besteht das Problem aus einer konischen Verbundsandwichstruktur, die einer quasi-statischen axialen Drucklast ausgesetzt ist, die monoton bis zum globalen Strukturversagen erhöht wird.
Das Problem ist ähnlich wie die lastgesteuerten Tests, die Teil der Flugqualifikationstests für Verbundstrukturen sind. Die folgende Abbildung zeigt das Finite-Element-Netz zur Darstellung der konischen Verbundstruktur, des Lastkopfs und des Lastkopfadapters.
Vier Aktuatoren werden verwendet, um konzentrierte vertikale Druckkräfte auf einen Lastkopf anzuwenden, der oben auf der konischen Struktur aufliegt. Die folgende Tabelle listet die Druckkräfte auf, die auf jede der vier Positionen auf dem Lastkopf angewendet werden. Diese Kräfte resultieren in einer einheitlichen vertikalen Drucklast, wobei 100 % Belastung einer gesamten vertikalen Druckkraft von 200.000 lbs entsprechen.
- Lasten werden in Kilopfund angegeben
- Die Belastung ist quasi-statisch und erhöht sich linear nach oben
- Ein negativer Wert gibt an, dass eine Druckkraft vorliegt
Es wird ein Adapter verwendet, um den Lastkopf mit der konischen Struktur zu verbinden. Der Einfachheit halber werden Adapter und Lastkopf als starr im Vergleich zum Verbundkegel betrachtet. Daher wurde dem isotropen Material, das für den Lastkopf und den Adapter verwendet wird, ein sehr großes Elastizitätsmodul zugewiesen. Wie oben zu sehen ist, ist in die Seite der konischen Struktur eine Zugangstür geschnitten. Die Randbedingungen für die Kegelstruktur werden bereitgestellt, indem die gesamte Oberfläche der Kegelstruktur mit festen Randbedingungen begrenzt wird (die Verschiebungen in den Richtungen 1, 2 und 3 werden so eingeschränkt, dass die Verschiebung null ist).
Die Verbundkegelstruktur weist eine Sandwichelementkonstruktion auf. Das Gesamtdickenprofil des Sandwichelements (siehe unten) ist sowohl in Umfangrichtung als auch in axialer Richtung des Kegels gleichmäßig. Die inneren und äußeren Verbundflächenseiten der Sandwichkonstruktion weisen, gemessen von der Innenfläche, ein Layup von [(90/0 )4] auf (0° in axialer Richtung, 90° in Umfangrichtung). Jede der Verbundschichten hat eine Dicke von 0.0075" und besteht aus Kohlenstoff/Epoxid AS4-3501-6. Der Kern mit einer Dicke von 1" besteht aus isotropem Schaummaterial (Rohacell 110 WF).
Die Materialeigenschaften für AS4-3501-6 und Rohacell 110 WF finden Sie weiter unten. Es wird ein Steifheitsverhältnis nach Ausfall von 0.1 für Matrixversagen und von 0.01 für Faserversagen verwendet.
Die folgende Abbildung zeigt die Bemaßungen für die Verbundkegelstruktur.
