Lokale Spannungseffekte in Sandwichelementen mit diskontinuierlicher Kernschicht

Diese Arbeit verfolgt zwei Ziele. Zunächst soll eine umfassende qualitative Beschreibung der durch einen Kernspalt ausgelösten Effekte bei für die Sandwichbauweise relevanten Spannungen vorgenommen werden. Zweitens sollen Aussagen darüber erarbeitet werden, welchen Einfluss die am Sandwichverbund beteiligten Komponenten (Deckschichten, Kernschicht) mit ihren geometrischen und materialspezifischen Ausprägungen auf die Ausbildung lokaler Effekte haben. Ziel ist es, solche Parameter zu identifizieren und zu priorisieren, die geeignet sind, lokale Spannungseffekte zu beeinflussen. Die Hilfsmittel zur Erreichung dieser Ziele sind rechnergestützte Simulationen mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) in Verbindung mit einer statistischen Methode zur Planung und Auswertung von Computerexperimenten. In vielen Bereichen der Wissenschaft wie zum Beispiel der Klimaforschung werden statistische Methoden für Computerexperimente erfolgreich eingesetzt. Im Bereich der Sandwichforschung ist dem Autor dieser Arbeit jedoch noch keine Veröffentlichung bekannt, die diese Vorgehensweise einsetzt. Es ergeben sich hieraus jedoch mehrere Vorteile. Zum einen erlauben rechnergestützte Untersuchungsmethoden die Analyse einer Vielzahl von verschiedenen Sandwichkonfigurationen bei deutlich geringerem Zeit- und Kostenaufwand im Vergleich zu Experimenten mit realen Prüfmustern. Dies ist deshalb von Bedeutung, weil sich durch den mehrschichtigen Aufbau bei Sandwichen eine große Anzahl von geometrischen und werkstoffspezifischen Einflussgrößen auf das mechanische Verhalten ergibt. Zum anderen stellt der Einsatz der Statistik sicher, dass trotz der großen Anzahl an Einflussgrößen die Anzahl der notwendigen Einzeluntersuchungen überschaubar bleibt. Das bedeutet, dass das Untersuchungsziel mit einer möglichst geringen Anzahl von Einzeluntersuchungen erreicht wird. Dass zur Zielerreichung hier ausschließlich auf FEM-Simulationen gesetzt wird, hat neben der schon genannten Vielzahl notwendiger Experimente und der damit verbundenen hohen Kosten noch den Grund, dass die Ermittlung von Spannungswerten in Sandwichen bei physischen Experimenten mit sehr hohem messtechnischem Aufwand verbunden ist bzw. bei Kunststoffschaumkernen teilweise gar nicht zuverlässig möglich ist und somit noch Gegenstand aktueller Forschung darstellt (Goldmann 04.02.2010; Zenkert 1997b).