Modellierung und Simulation von neuartigen textilbasierten adaptiven Faserkunststoffverbundstrukturen mit Formgedächtnislegierungen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Professor Dr.-Ing. Volker Ulbricht (†)
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 191637975

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von adaptiven Faserkunststoffverbunden (FKV) für eingliedrige und damit gelenkfreie aktorisch wirkende Bauteile und die Modellierung und Simulation des thermomechanischen Verhaltens auf Basis der Finite-Elemente-Methode. Den Ausgangspunkt der adaptiven FKV bilden Hybridgarne (HG) aus drahtförmigen Formgedächtnislegierungen (FGL) und einem Mantel aus Verstärkungsfasern, die schädigungsfrei in textile Verstärkungshalbzeuge integriert werden. Der aus Verstärkungsfasern bestehende Garnmantel soll die FGL für eine bestmögliche Ausnutzung des Verformungspotenzials vor dem Kontakt mit der Matrix schützen. Die definierte Verformung der zu entwickelnden FKV erfolgt durch Ausnutzung des Formgedächtniseffekts (FGE) der FGL. Die HG werden außerhalb der Mittelebene angeordnet, so dass der FKV durch den FGE definierte bzw. multistabile Verformungszustände einnimmt. Der hohe experimentelle Aufwand wird durch die Modellierung und Simulation des komplexen Verbundverhaltens der adaptiven FKV deutlich reduziert. Dazu wird ein Homogenisierungsverfahren entwickelt und genutzt, mit dem sich die Effizienz der Simulation im Vergleich zu einer heterogenen Modellierung des Verbundes deutlich steigern lässt. Die Simulationsergebnisse bilden die Gestaltungsgrundlage für anwendungsgerechte adaptive FKV. In der ersten Förderperiode werden nur duroplastische Matrixsysteme betrachtet. In der zweiten Förderperiode wird das Versuchsprogramm auf thermoplastische Matrices und zur Deformationsregelung integrierte, komplexe Sensor- und Aktorsysteme erweitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen