Versagensmodellierung bei der mechanischen Enteisung von Flugzeugstrukturen

Die Vereisung von Flugzeugen kann zu unkontrollierbaren Flugzuständen führen, die ein Sicherheitsrisiko für den Luftverkehr darstellen. Neben konventionellen thermischen Enteisungssystemen stehen auch energieeffizientere mechanische Methoden im Fokus aktueller Forschung, darunter auch die Elektro-Impuls-Enteisung. In dieser Arbeit wird ein FE-Modell vorgestellt, welches das dynamische Strukturverhalten und die Versagensphänomene bei Elektro-Impuls-Enteisung simuliert. Dabei werden die Rissprozesse innerhalb der Eisschicht mittels Kohäsivzonen beschrieben, während zur Modellierung der Eisablösung von der Struktur ein Schubspannungskriterium dient. Das Simulationsmodell wird anhand einfacher Plattenmodelle entwickelt und auf ein komplexes Flügelvorderkantenmodell angewandt. Darüber hinaus werden Versuche durchgeführt, um Kennwerte für die verwendeten Materialmodelle zu ermitteln und das Simulationsmodell zu validieren. Neben Experimenten an Balken und Platten mit reinem Klareis erfolgen auch Versuchsreihen an einem Flügelvorderkantenmodell unter realistischen Vereisungsbedingungen in einem Eiswindkanal. Das Phänomen der Mehrfachrissbildung wird zunächst an einem einfachen Plattenmodell unter quasi-statischer Belastung numerisch untersucht. Die erzielten Erkenntnisse lassen sich nutzen, um in Kombination mit einem Schubspannungskriterium die Versagensprozesse bei Elektro-Impuls-Enteisung einer Platte zu modellieren. Transiente Analysen dienen zur Untersuchung des dynamischen Strukturverhaltens sowie der Enteisungseffizienz in Abhängigkeit von Modell- und Kohäsivzonenparametern. Außerdem erfolgt eine Validierung des Modells mit experimentellen Daten. Das resultierende Modell wird eingesetzt, um die Elektro-Impuls-Enteisung des Flügelvorderkantenmodells zu simulieren. Verschiedene Ansätze zur Modellierung der realistischen Eisverteilung auf der Vorderkante werden präsentiert und mit den experimentellen Daten verglichen.