Neue Auslegungsmethode für in der Ebene belastete Gewindeeinsätze in Sandwichprofilen mit Wabenkern

Sandwichstrukturen werden aufgrund ihrer hervorragenden Eigenschaften in Bezug auf ihr Verhältnis von Steifigkeit zu Gewicht in gewichtsoptimierten Strukturen verwendet. Neben ihren Vorteilen haben sie jedoch eine Schwäche: Gewinde können nicht in die Materialien geschnitten werden. Metallische Einsätze mit Innengewinde werden benötigt, die an der betreffenden Stelle in die Sandwichstruktur eingeklebt werden. Das Insert Design Handbook liefert Methoden zur Berechnung der maximalen Festigkeit dieser Verbindungen. Allerdings bildet die angegebene Berechnungsformel für in der Ebene belastete Gewindeeinsätze die Versuche nicht richtig ab. Deshalb müssen Versuche durchgeführt werden, um die Festigkeit der jeweiligen Verbindung zu bestimmen.

Dieser Missstand wird mit der Entwicklung einer neuen Auslegungsmethode im Zuge dieser Arbeit beseitigt. Zu diesem Zweck wird zunächst der Versagensablauf bei Belastung experimentell bestimmt und mithilfe von FE-Simulationen verifiziert. Hierbei wird ein Riss im Klebstoff identifiziert, der ursächlich für das Versagen dieser Verbindung ist. Mit einem federbasiertes Ersatzmodell wird gezeigt, dass aufgrund fertigungsbedingter Toleranzen die Entstehung dieses Risses nicht genau quantifizierbar ist. Deshalb wird eine neue Auslegungsphilosophie benötigt:

Bei jedem Test fällt die Kraft auf ein relativ hohes Kraftniveau, bei dem der Gewindeeinsatz weiter durch die Sandwichstruktur gezogen wird. Dadurch wird die Deckschicht zusammengedrückt und fortlaufend zerstört. Die Kraft, die dazu benötigt wird, ist unabhängig vom Klebstoff und daher für alle Proben einer Verbindung gleich. Deshalb wird diese Kraft, die mit der Lochleibungsformel berechnet wird, als neuer Auslegungswert für eine in der Ebene belastete Verbindung verwendet.