Bauteildimensionierung Näher rücken ans Limit

Die effiziente Anwendung von Verbundwerkstoffen erfordert gesicherte Dimensionierungskonzepte, die insbesondere der Verstärkungsstruktur sowie der daraus resultierenden Anisotropie und Heterogenität der Bauteile Rechnung tragen. Darauf verweist Dr.-Ing. Ilja Koch, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) an der TU Dresden auf der Fachtagung Carbon Composites 2012.

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TU Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK)

TU Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Die effiziente Anwendung von Verbundwerkstoffen erfordert gesicherte Dimensionierungskonzepte, die insbesondere der Verstärkungsstruktur sowie der daraus resultierenden Anisotropie und Heterogenität der Bauteile Rechnung tragen. Darauf verweist Dr.-Ing. Ilja Koch, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) an der TU Dresden.

Eine gesicherte Bauteildimensionierung hält Koch bei Hochleistungsbauteilen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) für zwingend erforderlich. Dazu muss man das Versagens- und Schädigungsverhalten dieser Verbundwerkstoffe kennen. Auf dieser Basis lässt sich dann eine Designstrategie erarbeiten, bei der Schädigungen und daraus resultierende Degradationen gezielt im Auslegungsprozess berücksichtigt werden, um das vorhandene Werkstoffpotenzial besser auszunutzen. Diesen Ansatz verfolgt man derzeit in der Luftfahrttechnik.

Schädigungsphänomene werden analysiert

Auf der Fachtagung Carbon Composites 2012 zeigt Koch Schädigungsphänomene von Faser-Kunststoff-Verbunden. Der Schädigungsverlauf bei zyklischer Belastung ist vielschichtig. Die Schadensinitiierung geht in der Regel von kleineren werkstofflichen Störungen auf der Mikroebene aus. Im weiteren Belastungsverlauf kommt es zur Ausbildung von Vielfachrissen verschiedener Ausprägung in unterschiedlichen Bruchmoden. Das führt zu einem Steifigkeitsverlust der Hochleistungsbauteile und zu einer Verlagerung der Kraftflüsse im Bauteil.

Zur Beschreibung dieses Degradationsverhaltens wurden am ILK praxisgerechte Modelle entwickelt, bei denen physikalisch begründete Versagenskriterien und Ansätze der Kontinuums-Schädigungsmechanik miteinander verknüpft werden. Auf der Fachtagung, die der Carbon Composites e. V. (CCeV) und das Industriemagazins MM Maschinenmarkt mit der Branchenpublikation MM Composites World am 22. November in Augsburg gemeinsam veranstalten, erklärt Koch die mathematischen Modelle. Sie bieten dem Berechnungsingenieur erstmals die Möglichkeit, auf praxisgerechte Auslegungswerkzeuge für hochbelastete Textilverbundbauteile zurückzugreifen und sind zur Integration in kommerzielle FE-Software geeignet.

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