Ausfälle verhindern, bevor sie entstehen: X-550 unterstützt eine Studie zur Flugzeugermüdung

2025 August 29

PublikationenAdnan, J., Khan, HA, Ahmad, E. et al. „Fehleranalyse und Minderung der durch Schwingungen verursachten Ermüdung in einer Ölkühlerbaugruppe eines Trainingsflugzeugs.“ J. Vib. Eng. Technol. 13, 488 (2025).

"X 550 Analysator von SciAps Inc.Die Überprüfung der Materialzusammensetzung der Halterung im Ölkühlerbaugruppe spielte eine entscheidende Rolle und gewährleistete so die Genauigkeit der im Rahmen der Studie verwendeten Materialdaten. Diese Überprüfung war unerlässlich, um die mechanischen Eigenschaften und potenziellen Schwachstellen des Bauteils zu verstehen und somit die nachfolgenden Analysen und Simulationen zu unterstützen. Die präzisen Daten zur Materialzusammensetzung bildeten eine solide Grundlage für die Ergebnisse und Empfehlungen der Studie.

Abstract:

Hintergrund

Strukturelle Ausfälle in Flugzeugsubsystemen entstehen häufig durch ermüdungsbedingte Rissbildung in Spannungskonzentrationszonen. In dieser Studie wurde die Ursache der Rissbildung an der Befestigungsverbindung der Ölkühlerbaugruppe eines Trainingsflugzeugs untersucht, mit dem Schwerpunkt auf der Entwicklung wirksamer Gegenmaßnahmen.

Objectives

Ziel war es, die Mechanismen zu identifizieren, die die Rissinitiierung und -ausbreitung in der Aluminiumlegierung A356 unter Betriebsbelastung antreiben, und Modifikationen vorzuschlagen, die die Ermüdungslebensdauer und Zuverlässigkeit verbessern.

Methoden

Es wurde eine Kombination aus experimentellen und numerischen Verfahren angewendet. Mittels fraktografischer Analyse wurden die Rissmorphologie und die Rissinitiierungsstellen charakterisiert. Rütteltischversuche dienten der Simulation von Schwingungsbelastungen im Betrieb, während Finite-Elemente-Analysen (FE-Analysen) zur Bewertung der Spannungsverteilung und des dynamischen Verhaltens durchgeführt wurden. Die Vorhersage der Ermüdungslebensdauer erfolgte anhand von Eingangsdaten auf Basis der Leistungsdichtespektren (PSD).

Ergebnisse

An den Flanschkanten und Schraubverbindungen wurden Ermüdungsstreifen festgestellt, was die Spannungskonzentration als Hauptursache für die Rissbildung bestätigte. Resonanzfrequenzen von 71.5 Hz, 251.6 Hz und 1720 Hz führten zu maximalen Schwingungsspannungsverstärkungen. Die Lebensdauerberechnung ergab einen Rissbeginn nach ca. 352.7 Stunden. Durch den Einsatz von Strukturdämpfung konnten die Spannungsamplituden deutlich reduziert und die Lebensdauer um 57 % auf ca. 832.4 Stunden verlängert werden.

Fazit

Der integrierte experimentell-rechnerische Ansatz ermöglichte ein umfassendes Verständnis der Ermüdungsmechanismen in der Ölkühlerbaugruppe. Der vorgeschlagene dämpfungsbasierte Ansatz zur Reduzierung der Ermüdungsfestigkeit verbesserte diese erfolgreich und trug somit zu sichereren und zuverlässigeren Luft- und Raumfahrtkomponenten bei.

StichwörterSchadensanalyse, Schwingungsanalyse, Ermüdungsbruch, Strukturdämpfer

Zugang zur Veröffentlichung: https://doi.org/10.1007/s42417-025-02053-8

Über diese Zeitschrift: Zeitschrift für Schwingungstechnik (JVET) bietet ein Forum für die schnelle Veröffentlichung von Originalforschung im Bereich der Schwingungstechnik.

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