Festigkeit und Steifigkeit von Papierwaben bei Druck- und Schubbeanspruchung

1.1 Schalenbauweisen Im Leichtbau werden häufig mit Vorteil Schalenbauweisen angewandt, d.h. die Kräfte werden nicht in kompakten Bauelementen konzentriert, sondern weitgehend über großflächige Werkstoffpartieen verteilt, die nahe der Außenkontur des Bauteiles gelegen sind oder diese selbst bilden. Die Steigerung der Werkstoff-Festigkeiten ermöglicht sehr dünnwandige Scha lenkonstruktionen, soweit es durch besonders konstruktive Maßnahmen ge lingt, die neben Zugspannungen fast in allen Bauteilen in der Ebene der Schalenhaut auftretenden Druck- und Schubspannungen zu beherrschen. Entscheidenden Einfluß auf die übertragbare Druckspannung in einer Scha le (Schub kann als eine zusammengesetzte Beanspruchung gleich großer, senkrecht zueinander wirkender Druck- und Zugspannungen betrachtet wer den) hat die Biegesteifigkeit der Schalenhaut. Diese wurde in manchen Konstruktionen durch Vernieten, Verschweißen, Verlöten oder Verkleben von Versteifungsprofilen mit der Schalenhaut erhöht; jedoch lagen die bei Ersch8pfung der Tragfähigkeit solcher Konstruktionen erreichten mittleren Druckspannungen in den meisten Fällen weit unter der Druck festigkeit oder der Fließgrenze des Werkstoffes. Neuerdings verwendet man statt Versteifungsprofilen vorteilhaft kon tinuierliche Stützungen durch Wabenstoffe oder poröse Leichtstoffe und erreicht damit höchste Ausnutzung des tragenden Werkstoffes. Bei gün stiger Werkstoffkombination und sorgfältiger Dimensionierung sowie ei ner Gestaltung der Bauteile, die alle speziellen Eigenschaften der Werk stoffe berücksichtigt, kann die Druckfestigkeit oder Fließgrenze des tragenden Schalenwerkstoffes erreicht werden, ohne daß vorher Beulung eint~itt. Diese Formhaltigkeit auch unter Belastung ist häufig ein we sentlicher Gesichtspunkt bei car Wahl einer Bauweise, insbesondere im Flugzeugbau, wo die Forderungen nach aerodynamisch hochwertiger Uber fläche und Profiltreue ständig weiter verschärft worden sind.

Autorentext
Univ. Prof. i.R. Dr. Hartmut Bossel wurde an der Technischen Hochschule Darmstadt als Maschinenbau- und Flugzeugbau-Ingenieur ausgebildet, wanderte dann mit seiner jungen Frau Rike in die USA aus, lehrte und forschte viele Jahre an der University of California in Berkeley und in Santa Barbara (als Professor of Mechanical Engineering) und kehrte dann mit Rike und den drei Kindern nach Deutschland zurück. Nach Forschungsaufgaben bei der Fraunhofer-Gesellschaft übernahm er eine Professur für Umweltsystemanalyse an der Universität Kassel und leitete dort das Wissenschaftliche Zentrum für Umweltsystemforschung bis zu seiner Pensionierung. Er ist Mitbegründer des Öko-Instituts und Ko-Autor der Energiewende-Studie von 1980. Seine wissenschaftliche Arbeit (vor allem in den Bereichen Strömungsforschung, Energietechnik, Zukunftsalternativen, Land- und Forstwirtschaft) führte ihn in alle Kontinente. Rike Bossel begleitete ihn auf vielen dieser Aufenthalte. Seit seinem 18. Lebensjahr fliegt Hartmut Bossel mit Segelflugzeugen, später mit Hängegleitern und Gleitschirmen.

Klappentext

1.1 Schalenbauweisen Im Leichtbau werden häufig mit Vorteil Schalenbauweisen angewandt, d.h. die Kräfte werden nicht in kompakten Bauelementen konzentriert, sondern weitgehend über großflächige Werkstoffpartieen verteilt, die nahe der Außenkontur des Bauteiles gelegen sind oder diese selbst bilden. Die Steigerung der Werkstoff-Festigkeiten ermöglicht sehr dünnwandige Scha­ lenkonstruktionen, soweit es durch besonders konstruktive Maßnahmen ge­ lingt, die neben Zugspannungen fast in allen Bauteilen in der Ebene der Schalenhaut auftretenden Druck- und Schubspannungen zu beherrschen. Entscheidenden Einfluß auf die übertragbare Druckspannung in einer Scha­ le (Schub kann als eine zusammengesetzte Beanspruchung gleich großer, senkrecht zueinander wirkender Druck- und Zugspannungen betrachtet wer­ den) hat die Biegesteifigkeit der Schalenhaut. Diese wurde in manchen Konstruktionen durch Vernieten, Verschweißen, Verlöten oder Verkleben von Versteifungsprofilen mit der Schalenhaut erhöht; jedoch lagen die bei Ersch8pfung der Tragfähigkeit solcher Konstruktionen erreichten mittleren Druckspannungen in den meisten Fällen weit unter der Druck­ festigkeit oder der Fließgrenze des Werkstoffes. Neuerdings verwendet man statt Versteifungsprofilen vorteilhaft kon­ tinuierliche Stützungen durch Wabenstoffe oder poröse Leichtstoffe und erreicht damit höchste Ausnutzung des tragenden Werkstoffes. Bei gün­ stiger Werkstoffkombination und sorgfältiger Dimensionierung sowie ei­ ner Gestaltung der Bauteile, die alle speziellen Eigenschaften der Werk­ stoffe berücksichtigt, kann die Druckfestigkeit oder Fließgrenze des tragenden Schalenwerkstoffes erreicht werden, ohne daß vorher Beulung eint~itt. Diese Formhaltigkeit auch unter Belastung ist häufig ein we­ sentlicher Gesichtspunkt bei car Wahl einer Bauweise, insbesondere im Flugzeugbau, wo die Forderungen nach aerodynamisch hochwertiger Uber­ fläche und Profiltreue ständig weiter verschärft worden sind.

Inhalt
Gliederung.- 1. Einführung.- 2. Grundsätzlicher Aufbau von Papierwaben.- 3. Forderungen an Stützstoffe im Hinblick auf ihre Anwendung zur Stabilisierung von Schalenbauteilen.- 4. Ziel dieser Arbeit.- 5. Versuchsprogramm.- 6. Papieruntersuchungen.- 7. Festlegung der Probenformen für die Versuche an Waben.- 8. Versuchsdurchführung.- 9. Ergebnisse.- 10. Beispiel für die Anwendung der Ergebnisse.- 11. Zusammenfassung.