Bei der Gestaltung beanspruchungsgerechter Verbindungen zwischen Strukturen aus FVK und Metall (Stahl, Aluminium) im Segelyachtbau und im Spezialschiffbau bestehen grundsätzliche Probleme hinsichtlich der Zusammenführung der unterschiedlichen Materialeigenschaften und funktionaler Eigenschaften. In einer Entwicklungsphase wurden zunächst die möglichen Verbindungsvarianten systematisiert und ein Prüfprogramm aufgestellt, um experimentell die Belastbarkeit der relevanten Verbindungsarten anhand von Kopf- und Scherzug-Basisproben zu prüfen. Anschließend wurden aus der Vielzahl der möglichen Verbindungsarten drei Varianten (geklebt; geklebt/geschraubt; überlaminiert) in eine Bauteilproben-Prüfmatrix aufgenommen. Im Ergebnis dieser experimentellen Untersuchungen konnte die Eignung ausgewählter Verbindungsvarianten ermittelt und eine Vergleichsbasis für die FE-Beanspruchungsuntersuchungen geschaffen werden. Ein weiterer Schritt beinhaltete dann insbesondere die Optimierung der Fügeverbindungen in Abhängigkeit von den Belastungen in der Gesamtstruktur. Im Rahmen eines Forschungsvorhabens wurde dann untersucht, ob die gegenwärtig aufwendige GFK-Rückgratherstellung und -verbindung in Rumpfstrukturen von Segelyachten durch eine neuartige Stahlkonstruktion und eine GFK-Stahl-Hybridverbindung ersetzt werden kann. Ein betriebswirtschaftlicher Vergleich hinsichtlich einer Materialsubstitution ergab zunächst einen deutlichen Kostenvorteil einer feuerverzinkten Stahlstruktur im Vergleich zum bestehenden GFK-Rückgrat. Durch experimentelle Untersuchungen und FE-Berechnungen konnte nachgewiesen werden, dass für die relevante GFK-Stahl-Hybridverbindung zwei Verbindungsvarianten die entsprechenden Festigkeitsanforderungen erfüllen. Gegenwärtig wird insbesondere mittels Zyklen- und Zeitfestigkeitsuntersuchungen und FE-Berechnungen geprüft, wie eine Optimierung der ermittelten Verbindungsvarianten vorgenommen werden kann. Ein wichtiger Aspekt dabei ist der Abgleich von experimentellen Ergebnissen und FE-Simulationen hinsichtlich der Abstände und der Positionen singulärer Fügepunkte in Abhängigkeit von errechneten Spannungs- und Deformationsverläufen der belasteten Bootsstruktur.
Verbindungsuntersuchungen für Kunststoff-Stahl-Hydridbauweisen im Yachtbau
2006
6 Seiten, 13 Bilder
Aufsatz (Konferenz)
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