Modal density of composite honeycomb sandwich panels

You are here: Homepage > Search

Modal density of composite honeycomb sandwich panels

Renji, K. / Nair, P.S. / Narayanan, S.

In der Raumfahrt werden wegen ihrer hohen Biegesteifigkeiten bei gleichzeitig niedriger Masse für viele Anwendungen wabenförmige Sandwichstrukturen eingesetzt, wobei der momentane Trend auf eine weitere Optimierung der Strukturauslegung gerichtet ist. So werden die Oberflächenbeschichtungen, die bei konventionellen Sandwichstrukturen aus Aluminiumlegierungen bestehen, vermehrt durch faserverstärkte Kunststoff-Verbundmaterialien ersetzt, was insbesondere für Komponenten von Sonnensegeln oder Weltraumantennen gilt. In diesem Fall besitzen die Verbundelemente einen sehr hohen Widerstand gegenüber akustischen Anregungen, die für Raumkomponenten äußerst kritische Lastbedingungen darstellen. Deshalb ist es sehr wichtig, das dynamische Verhalten unter akustischen Umwelteinflüssen zu untersuchen, wobei die SEA (statistische Energieanalyse) für hohe Frequenzen die geeignetste Methode ist. Die für die SEA benötigten Parameter sind die Modendichte sowie Kopplungs- und Dissipationsverlustfaktoren, die einen direkten Einfluß auf die Vorhersagegenauigkeit der SEA haben. Den größten Einfluß aller Parameter auf das Antwortverhalten bei akustischen Anregungen hat die Modendichte, die im vorliegenden Beitrag unter theoretischen und anwendungspraktischen Gesichtspunkten untersucht wird, wobei als erstes auf die Forschungsliteratur eingegangen wird. Aus den Biege-, Kraft- und Momentendifferentialgleichungen wird eine mathematische Beziehung zur Berechnung der Modaldichte für eine wabenförmige Sandwichplatte mit orthotropen Außenschichten unter besonderer Betrachtung von transversalen Schubverformungseffekten (hierzu wird die Mindlin-Theorie angewendet) des Strukturkernes hergeleitet. Anwendung der so gewonnenen Modaldichtebeziehung für drei spezielle Fallbeispiele, deren Resultate diskutiert werden: a) Rahmenelement mit isotroper Oberflächenschicht mit Schereffekten, b) Vernachlässigung der Schereffekte und c) a + b bei sehr hohen Frequenzen. Durchführung von Vergleichsmessungen.