Energiesysteme für die Raumfahrt at Universität Stuttgart

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Nennen Sie die Vorteile (mind. 4) von Faserverbundwerkstoffen!

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Wie ist die Reißlänge definiert und welche typischen Reißlängen haben Stahl, Titan, Aluminiumlegierungen und unidirektional verstärktes CFK?

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Sortieren Sie die Werkstoffe CFK-UD, Aramid-UD, Glas-UD und Titan aufsteigend nach ihrer Bruchdehnung und nach ihrer Dichte.

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Geben Sie 4 (negative) Eigenschaften von Aramidfasern an, die Sie beachten müssen, wenn Sie mit diesen Fasern konstruieren.

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In welchem Bereich liegen die Reißlängen von Alu-Legierungen und welche Reißlängen könnten in den Werkstoffen auf Basis von Carbon-Nano-Tubes zukünftig erreicht werden?

(Stahl, Titan, UD verstärktes CFK)

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Was sind GLARE und ARALL?

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Was ist ARALL?

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Erläutern Sie die "Mittragende Breite" anhand eines I-Trägers unter Biegebelastung.

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Welche Aufgabe übernimmt die Leichtbaumethode "Gestaltleichtbau" bei der Auslegung einer Leichtbaustruktur?

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Wo kommen auf Druck belastete flächige Strukturen bzw. Blechfedern im Flugzeug bau vor?

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Was verstehen Sie unter "Passiver Leichtbau" und "Aktiver Leichtbau"? Nennen Sie jeweils ein Beispiel.

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was ist die Aufgabe von Gestalt- und Formleichtbau? 

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Energiesysteme für die Raumfahrt

Nennen Sie die Vorteile (mind. 4) von Faserverbundwerkstoffen!

gute Fatigue-Eigenschaften
hohe gewichtsspezifische Festigkeit und Steifigkeit
hohes gewichtsspezifisches Energieaufnahmevermögen
hohe Dämpfung
hohes Potential zur Herstellung von Integralstrukturen

hohes Potential zur Integration von Sensoren und Aktuatoren

sehr geringe Wärmeausdehnung


Energiesysteme für die Raumfahrt

Wie ist die Reißlänge definiert und welche typischen Reißlängen haben Stahl, Titan, Aluminiumlegierungen und unidirektional verstärktes CFK?

Die Reißläge definiert wie lange ein Zugstab aus einem bestimmten Werkstoff maximal sein kann, bevor er aufgrund seines Eigengewichts versagt.
l_R:
Stahl: 10 km

Titan: 20 km

Alu-Legierungen: 15 km

CFK: 100 km

Energiesysteme für die Raumfahrt

Sortieren Sie die Werkstoffe CFK-UD, Aramid-UD, Glas-UD und Titan aufsteigend nach ihrer Bruchdehnung und nach ihrer Dichte.

Bruchdehnung: CFK-UD<Aramid-UD<Glas-UD<Titan

Dichte: Aramid-UD<CFK-UD<Glas-UD<Titan

Energiesysteme für die Raumfahrt

Geben Sie 4 (negative) Eigenschaften von Aramidfasern an, die Sie beachten müssen, wenn Sie mit diesen Fasern konstruieren.

UV-Empfindlichkeit

hohe Feuchtigkeitsaufnahme

schlechte Matrixhaftung

schwierige Bearbeitung, da sehr zäh

Energiesysteme für die Raumfahrt

In welchem Bereich liegen die Reißlängen von Alu-Legierungen und welche Reißlängen könnten in den Werkstoffen auf Basis von Carbon-Nano-Tubes zukünftig erreicht werden?

(Stahl, Titan, UD verstärktes CFK)

-Stahl: 10km

-Titan: 20km

-AL-Legierungen: 15km

-unidirektionell verstärktes CFK: 100km

Werkstoffe auf Basis von Carbon-Nano-Tubes: zukünftig bis zu 2000km erreichbar

Energiesysteme für die Raumfahrt

Was sind GLARE und ARALL?

Hybridwerkstoffe
GLARE: Glassfibre Aluminium Reinforced

ARALL: Aramide Aluminium Laminate

Energiesysteme für die Raumfahrt

Was ist ARALL?

Aramid Aluminium Laminate (Metall Laminat wie GLARE/TiGr)

Energiesysteme für die Raumfahrt

Erläutern Sie die "Mittragende Breite" anhand eines I-Trägers unter Biegebelastung.

Wenn die Breite der Flansche eines Biegeträgers im Verhältnis zur Länge groß ist, tragen die nicht mehr voll mit. Da nicht mehr von einer konstanten Spannung ausgegangen werden kann, muss mit einer reduzierten tragenden Breite gerechnet werden. Es tritt ein sogenanter Shear-Lag-Effekt auf.

Energiesysteme für die Raumfahrt

Welche Aufgabe übernimmt die Leichtbaumethode "Gestaltleichtbau" bei der Auslegung einer Leichtbaustruktur?

Durch Formgebung wird die Bauteilmasse minimiert.

Bsp.: Topologieoptimierung

Energiesysteme für die Raumfahrt

Wo kommen auf Druck belastete flächige Strukturen bzw. Blechfedern im Flugzeug bau vor?

im Bodenstandfall: Flügelunterseite, Fahrweksstreben

im Flugfall: Flügeloberseite, Rumpfunterseite

Energiesysteme für die Raumfahrt

Was verstehen Sie unter "Passiver Leichtbau" und "Aktiver Leichtbau"? Nennen Sie jeweils ein Beispiel.

Passiver Leichtbau:
Strukturelemente übernehmen zusätzliche Aufgaben

-> Bsp.: Integraltank

Aktiver Leichtbau:

Bereits vorhandene Systeme werden modifiziert oder erweitert, wodurch beispielsweise auftretende Lasten verringert werden

-> Bsp.: Manöverlaststeuerung

Energiesysteme für die Raumfahrt

was ist die Aufgabe von Gestalt- und Formleichtbau? 

Aufgabe ist die optimale Formgebung einer Struktur bei einer vorgegebenen Belastung. 

Randbed. --> Bauraumbegrenzung und Fertigbarkeit

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