Towards a reliable fatigue life prediction in metallic crack patching

• Ansätze für die zuverlässige Abschätzung der Lebensdauer geklebter Pflaster aus Faserkunststoffverbunden zur Reparatur von Ermüdungsrissen in metallischen Bauteilen

Martens, Ulrike Silke; Schröder, Kai-Uwe (Thesis advisor); Widemann, Martin (Thesis advisor)

Düren : Shaker Verlag (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Berichte aus dem Leichtbau 4/2021
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Im Bereich der Luftfahrt sind alternde Flugzeugflotten und die damit einhergehende Ermüdungsproblematik ein wichtiges Thema. [1, 2] Nicht nur aus wirtschaftlicher Sicht ist die Verlängerung der Einsatzfähigkeit alternder Komponenten von großem Interesse. In Zeiten des immer größer werdenden Bestrebens nach nachhaltigen Lösungen ist das Thema Reparaturaktueller denn je. Der Einsatz geklebter Reparaturpflaster aus Faserkunststoffverbunden kann dazu beitragen, das Wachstum von Ermüdungsrissen in metallischen Bauteilen im laufenden Betrieb deutlich zu reduzieren ohne die Tragfähigkeit der Struktur zu vermindern. Obwohl bereits seit den 1980er Jahren im Bereich geklebter Reparaturpflastergeforscht wird und effektive Berechnungsmethoden verfügbar sind um ihre Wirksamkeit zu quantifizieren, konzentriert sich der Großteil aktueller Studien immer noch auf den Nachweis der generellen Wirksamkeit oder der Verbesserung der Vorauslegung. Die eigentliche Problematik liegt jedoch in der zuverlässigen Abschätzung der Betriebsdauer. Zyklische mechanische Beanspruchungen sowie stetig wechselnde Umwelteinflüsse führen dazu, dass die Funktionsfähigkeit des Pflasters mit der Zeit abnimmt. Die ursprünglich ermittelte Reduktion der Spannungsintensität an der Rissspitze ist im Einsatz also nicht dauerhaft gültig und daher nur bedingt nutzbar um die tatsächliche Lebensdauer vorhersagen zu können. Die vollständige Ausschöpfung des Potenzials geklebter Reparaturen gelingt jedoch vor allem dann, wenn das Langzeitverhalten verlässlich und sicher vorhergesagt werden kann. In einer umfassenden Analyse des Auslegungsprozesses zeigt die vorliegende Arbeit auf, wo weiteres Forschungspotenzial zu finden ist. Anhand einer praktischen Laborstudie wird die These untermauert, dass durch eine noch genauere Vorauslegung kein essentieller Beitrag dazu geleistet wird, die tatsächliche Einsatzsdauer zu erhöhen, sondern der Fokus weiterer Studien auf die Abschätzung realer Belastungen und ihrer Folgen gelegt werden sollte. Hierzu wird in einer abschließenden Testreihe gezeigt, wie mit Hilfe der Infrarotthermografie das Schädigungsverhalten unter dem Pflaster unter zyklischer Belastung visualisiert werden kann. Die Möglichkeit Risswachstum und lokale Schädigungen in der Klebefuge zeitgleich beobachten zu können, trägt dazu bei, das Verständnis des Langzeitverhaltens im Einsatz zu erhöhen.