In der Luftfahrttechnik werden Komponenten und auch ganze Systeme traditionell hierarchisch nach dem Grundsatz „eine Funktion = ein Bauteil“ konzipiert. Ein jedoch stetig steigender Funktionsumfang, der heute insbesondere zur Erhöhung des Passagierkomforts in der Kabine realisiert werden muss, ohne gleichzeitig das Volumen und vor allem die Masse der Bauteile überproportional zu erhöhen, verlangt neue Konzepte. Im Rahmen des Forschungsprojektes „Bauteil 4.0“ wurde ein Aufbaukonzept für eine hochintegrierte und funktionalisierte Leichtbaukomponente für die Flugzeugkabine entwickelt. Für dieses Konzept wurde ein Testvehikel einer solchen Leichtbaukomponente mit integrierter Elektronik entworfen, wobei zunächst eine einfache Energie- und Datenversorgung betrachtet wurde. Zur Bewertung der Zuverlässigkeit und Sicherheit der Leichtbaukomponente insgesamt, aber auch der Elektronik, wurde ein Testprinzip erarbeitet und umgesetzt. Diese Tests wurden mit Hilfe numerischer Simulationen nachgebildet, so dass auch durch virtuelle Analyse mittels Finite-Elemente-Methode (FEM) eine Abschätzung der Zuverlässigkeit bzw. des Bauteilversagens bei modellierten Leichtbaugruppen mit integrierten Elektronikmodulen vorgenommen werden kann. Dafür wurde eine geschlossene Modellierungsstrategie entwickelt, die neben der detaillierten Berücksichtigung der Topologie der untersuchten Leichtbaukomponente auch alle relevanten Werkstoffkennwerte beinhaltet, um die komplexen Schädigungsmechanismen bei einem Festigkeitsnachweis von Bauteilen in Sandwichbauweise abbilden zu können.

Ausgehend von den experimentellen Ergebnissen an geometrisch einfachen Prüfkörpern konnte eine sehr gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen aus einer expliziten FE-Analyse festgestellt werden. Sowohl qualitative als auch quantitative Güte der mittels der FE erzielten Ergebnisse bezogen auf das Experiment zeigen eindrucksvoll, dass die entwickelte Modellierungsstrategie ein geeignetes Werkzeug ist, um auch an geometrisch komplexen Bauteilen in Sandwichbauweise mit integrierter Elektronik eine Festigkeitsabschätzung numerisch durchführen zu können. Darüber hinaus stellt der entwickelte Ansatz eine gute Ausgangsbasis für eine numerisch gestützte Auslegung und Dimensionierung von Leichtbaukomponenten in der Luftfahrttechnik dar.