Modifizierung der akustischen und mechanischen Eigenschaften von Sandwichstrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen und Wabenkernen durch viskoelastische Zwischenschichten

Sandwichstrukturen mit Wabenkernen und Deckschichten aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) besitzen einen besonderen Stellenwert innerhalb des etablierten Leichtbaus. Sie weisen verglichen mit anderen Bauweisen hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeiten auf, so dass sich großflächige Strukturen mit geringem Gewicht herstellen lassen. FVK-Sandwichstrukturen mit Wabenkernen besitzen jedoch z.B. im Vergleich zu Sandwichstrukturen mit polymeren Schaumkernen eine geringe innere Dämpfung. Dadurch ist ihr Vermögen zur Körperschalldämpfung und Luftschalldämmung begrenzt und es kommt bei einer Reihe von Anwendungen zu einem hohen Maß an Lärmabstrahlung durch eingeleitete Vibrationen in die Struktur bzw. zur annähernd ungehinderten Übermittelung von störendem Luftschall. Vor diesem Hintergrund hat sich für viele Anwendungen von FVK-Sandwichstrukturen mit Wabenkernen der Einsatz zum Teil kosten- und gewichtsintensiver Sekundärmaßnahmen zur Lärmminderung etabliert. Innerhalb der vorliegenden Arbeit wird eine Möglichkeit untersucht, Zwischenschichten mit ausgeprägt viskoelastischen Eigenschaften in FVK-Sandwichstrukturen mit Wabenkernen für die Optimierung ihrer akustischen Eigenschaften zu integrieren. Aus der Vielzahl der Anwendungen von FVK-Sandwichstrukturen mit Wabenkernen, bei denen neben strukturellen auch akustische Anforderungen gestellt werden, wird der Fokus auf großflächige Interieurbauteile in Verkehrsflugzeugen gelegt. Hier sind die Bestrebungen nach effektiven Lärmminderungsmaßnahmen besonders ausgeprägt. Zur experimentellen Analyse viskoelastischer Zwischenschichten werden Sandwichstrukturen sowohl mit als auch ohne zusätzlich integrierte Schichten realisiert und hinsichtlich ihrer anwendungsrelevanten mechanischen und akustischen Eigenschaften charakterisiert. Bei der Fertigung der Strukturen erweist sich der Einsatz von Elastomerfolien, die erst während der Fertigung der Sandwichstrukturen in einem Pressprozess vulkanisieren, aus technologischen und wirtschaftlichen Gründen als sinnvoll. Die Schwerpunkte der umfassenden mechanischen Untersuchungen der Sandwichstrukturen liegen auf dem Verhalten bei stoßartigen Beanspruchungen, bei Biegebelastungen sowie dem resultierenden Anbindungsverhalten der Deckschichten zum übrigen Verbund. Die Untersuchungen der akustischen Eigenschaften fokussieren die gezielte Modifizierung des Körperschallverhaltens und der Luftschalldämmeigenschaften von Sandwichstrukturen durch ausgeprägt viskoelastische Zwischenschichten. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden ausgiebig diskutiert und bewertet, wobei auch die Resultate aus durchgeführten Dynamisch-Mechanischen Analysen der eingesetzten Materialien hinzugezogen werden. Abschließend wird das Potenzial numerischer Methoden, wie der Finite-Elemente-Methode (FEM), aufgezeigt, um die Wirkungsweise viskoelastischer Zwischenschichten in orthotropen Sandwichstrukturen abzuschätzen und die zur Verfügung stehenden Gestaltungsparameter zu optimieren.