Ein Schwerlastdrohne erlitt während einer Liefermission einen katastrophalen Bruch ihres Chassis. Die anschließende forensische 3D-Analyse, gestützt auf volumetrische Gitter und projizierte Ultraschallbilder, zeigte innere Delaminationen im Kohlefaser. Die Hauptursache war ein kritischer Fehler in der Faserausrichtung während des automatischen Laminierungsprozesses, ein mit bloßem Auge unsichtbarer Defekt, der die strukturelle Integrität des Bauteils beeinträchtigte.
Kartierung von Delaminationen mit Ansys Composite PrepPost und GOM Inspect 🛠️
Das Ingenieurteam nutzte GOM Inspect, um die gebrochene Geometrie zu digitalisieren und ein hochpräzises 3D-Gitter zu erstellen. Auf dieses Gitter wurden die Daten einer Ultraschalluntersuchung projiziert, wodurch die Ablösezonen zwischen den Schichten lokalisiert werden konnten. Mit Ansys Composite PrepPost wurde das reale Laminatmodell nachgebildet und der Spannungszustand vor dem Bruch simuliert. Die Simulation bestätigte, dass eine Abweichung von nur 5 Grad in der Faserausrichtung einer kritischen Schicht zu Spannungskonzentrationen führte, die die Ermüdungsgrenze des Materials überschritten und den Bruch im Flug verursachten.
Prädiktive Simulation als Barriere gegen stille Versagen 🔍
Dieser Fall zeigt, dass Ermüdung in Verbundwerkstoffen nicht immer sichtbar ist. Innere Delaminationen wirken wie stille Risse, die unter zyklischer Belastung bis zum Kollaps wachsen. Die Integration von Werkzeugen wie Rhino für die geometrische Modellierung und KeyShot für die Schadensvisualisierung ermöglicht es Analysten, komplexe Erkenntnisse zu kommunizieren. Die prädiktive Simulation, validiert mit Ultraschalldaten, wird zur einzig gangbaren Verteidigung, um die Sicherheit kritischer Komponenten unbemannter Luftfahrzeuge zu gewährleisten.
Ist es möglich, dass ein Kohlefaserlaminat alle standardmäßigen Ermüdungstests im Labor besteht und dennoch im Flug einen katastrophalen Bruch erleidet, verursacht durch eine im 3D-Ultraschall nicht erkannte Versagensart?
(PS: Materialermüdung ist wie deine nach 10 Stunden Simulation.)