Analyse und modellhafte Beschreibung des Schädigungsverhaltens langfaserfaserverstärkter teilkristalliner Thermoplaste unter Berücksichtigung der Faserlänge und Faserkrümmung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Hopmann
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Kunststofftechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416461157

Neben den bereits seit Jahrzehnten eingesetzten thermoplastischen Werkstoffen mit Kurzfaserverstärkung etablieren sich zunehmend thermoplastische Werkstoffe mit längeren diskontinuierlichen Faserverstärkungen (LFT: langfaserverstärkte Thermoplaste). Die Mikrostruktur von LFT wird in hohem Maße von dem jeweiligen Herstellungsprozess beeinflusst und ist geprägt durch lokal unterschiedliche Faserorientierungen, -längen und -krümmungen.Wird ein LFT zunehmend belastet, treten unterschiedliche Versagensmechanismen auf, deren Ausprägung jeweils wiederum von der Belastung, aber auch von den Eigenschaften der Mikrostruktur abhängt. In der Literatur finden sich zwar Arbeiten, die das Versagensverhalten dieser Verbundwerksstoffe durch die Modellierung einzelner Schädigungsmechanismen beschreiben, jedoch stellt die Unterscheidung verschiedener parallel oder sukzessiv ablaufender Mechanismen und insbesondere deren Beschreibung anhand physikalischer Kenngrößen eine anspruchsvolle und derzeit ungelöste Aufgabe dar. Speziell für LFT kann zudem der Einfluss von Faserkrümmungen auf die Festigkeit als unerforscht bezeichnet werden.In diese Forschungslücke zielt das geplante Vorhaben. Eigene Forschungsarbeiten zeigen, dass sich das mechanische Werkstoffverhalten von LFT mithilfe von Materialmodellen, die das Materialverhalten auf Grundlage der Mean-Field(MF)-Theorie homogenisieren, mit guter Genauigkeit und in praxistauglichen Rechenzeiten simulativ abbilden lässt. Das Schädigungsverhalten, das größtenteils auf der Mikroebene initiiert wird, lässt sich mit den MF-Modellen jedoch nicht zufriedenstellend abbilden. Ziel des Vorhabens ist daher die modellhafte Beschreibung des Schädigungsverhaltens von LFT unter Berücksichtigung unterschiedlicher Faserlängen und Faserkrümmungen mithilfe der Mean-Field-Theorie.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen