FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR KURZZEITDYNAMIK, ERNST-MACH-INSTITUT, EMISimulation von Eis und Hagel
Hagelschlag kann zu extensiven Schäden an Primärstrukturen im Luftfahrtbereich führen. Das Ausmaß der durch Hagelschlag verursachten Schäden an einer Leichtbaustruktur wird dabei maßgeblich durch die Eigenschaften des Eisimpaktors (Hagelkörner) und den Typus der eingesetzten Leichtbaustruktur bestimmt. Im Rahmen des EU-Projekts Clean Sky 2 hat das Fraunhofer EMI die Modellierung von Eisimpaktoren aus experimenteller und numerischer Perspektive untersucht.
Wesentliche Erkenntnisse der Studie zeigen ein von Belastungsgeschwindigkeit und Temperatur abhängiges Materialverhalten des Eises. Die wesentlichen Herausforderungen waren dabei die maßgenaue Fertigung von Eisprüfkörpern sowie die Durchführung von Versuchsserien unter temperierten Bedingungen in anspruchsvollen Versuchsaufbauten, wie zum Beispiel am Split Hopkinson Bar und an Hochgeschwindigkeitsbeschleunigern für Hagelschlagszenarien.
Eine weitere relevante Beobachtung war das beträchtliche Streufeld im Materialversagen und in den Schädigungsmechanismen, welches in der numerischen Modellierung über einen stochastischen Ansatz abgebildet werden konnte. In Kombination mit einem ratenabhängigen, spröden Materialmodell konnten das Versagen und die nachfolgende Fragmentierung der Eisimpaktoren auf nachgebende Leichtbaustrukturen erfolgreich wiedergegeben werden.
