Mehrskalige mechanische Modellierung von geflochtenen Faserverbundstrukturen unter Berücksichtigung prozessinduzierter Defekte

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Gries; Professor Dr.-Ing. Peter Middendorf; Privatdozent Dr. Anthony Pickett
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 323019910

In diesem Projektantrag soll eine Methodik für die Multiskalen FEM-Simulation von gefloch-tenen Faserverbundwerkstoffen einschließlich deren Defekte, entwickelt werden, um homo-genisierte Schädigungsmodelle im industrieüblichen Makromaßstab zu analysieren. Zur Cha-rakterisierung der mechanischen Eigenschaften wird ein detailliertes Herstellungs- und Test-programm für eine breite Palette von Geflecht entwickelt. Defekte in Geflechten, insbesonde-re Faserschäden und Flechtwinkelabweichungen werden in Abhängigkeit von unterschiedli-chen Maschineneinstellungen analysiert und produziert. Die so entstandenen Fehler werden, dann mittels Scanner und Computertomographie quantifiziert. Deshalb hat das ITA vor kur-zem einen Online-Scanning-Laser-Sensor entwickelt. Des Weiteren hat das ITA ein breites Spektrum an Prozesswissen, bezüglich der Korrelation zwischen Maschineneinstellungen und dem Auftreten von Flechtfehlern. Nach der Infusion werden mechanische Prüfungen zur Ermittlung der Steifigkeit und Versagenslast durchgeführt. Digitale Bildkorrelationstechniken werden verwendet, um Schwankungen der Oberflächenstruktur und Oberflächenschäden zu identifizieren und zu messen. Neue Modelle werden dann in die Prozesssimulation des Flechtens integriert, um neue numerische Modelle von Geflechten zu erzeugen, die diese Defekte enthalten. Diese werden mit Messungen im Sinne einer Validierung verglichen. Das IFB hat vor kurzem einen neuartigen Ansatz entwickelt, um 3D repräsentativen Volumen-elementen (RVE) von den Prozesssimulationsergebnissen zu extrahieren, die für die Ent-wicklung von Steifigkeitsmodellen bereits Potential gezeigt haben. Diese Modelle werden hier erweitert, um die im Flechtprozess verursachten Defekte zu erfassen. Zusätzlich wird mittels einer mikromechanischen FE-Analysen die Ausfallvorhersage von imprägnierten Garnen unterstützt.Schließlich wird dieses Projekt verwendet, um für geflochtene Faserverbundwerkstoffe ho-mogenisierte Schädigungsmodelle in kommerziellen FE-Codes zu kalibrieren und anschlie-ßend gegen ein Testprogramm von Coupons und Demonstrator-Struktur zu validieren. Die wichtigsten neuen Ergebnisse dieses Forschungsprojekts werden neue Erkenntnisse über die Entstehung von Flechtfehlern während des Flechtprozesses sein. Welche in der Vorhersage der mechanischen Eigenschaften realer (fehlerbehafteter) Geflechte verwendet werden. Dieses Projekt wird die Analysetechniken über alle Skalenebenen hinweg verbinden von der Mikro- zur Meso- bis hin zur Makro-Ebene. Schließlich wird die Forschung wichtige neue Erkenntnisse über Schäden und Ausfall von geflochtenen Strukturen unter komplexen Beanspruchungen hervorbringen, die nicht nur eine kritische Bewertung der aktuellen homo-genisierten Schädigungsmodelle kommerzieller FE-Codes erlaubt, sondern auch Vorschläge für zukünftige Verbesserungen mit sich bringt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen