Analyse des Einflusses der Temperatur auf das Werkstoffverhalten an Faserfehlorientierungen in dickwandigen Faser-Kunststoff-Verbunden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bodo Fiedler
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 428324840

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) sind als Konstruktionswerkstoff für Strukturbauteile in vielen Bereichen etabliert. Besonders kritisch sind jedoch fertigungsbedingte Faserfehlorientierungen sowohl in der Ebene, als auch in Dickenrichtung, da die Fasern durch die Auslenkung nicht mehr in Lastrichtung liegen, was Steifigkeit und Festigkeit des Laminats deutlich herabsenkt.Ziel des Forschungsvorhabens ist die Untersuchung des Einflusses von strukturellen Diskontinuitäten in Form von Faserverschiebungen in der Ebene und Faserfehlstellungen in Dickenrichtung auf die mechanischen Eigenschaften von FKV. Dabei wird insbesondere der Einfluss der Umgebungstemperatur auf das Verhalten von sogenannten dicken Laminaten unter einachsigem Druck und multiaxialer Belastung betrachtet. Bei der Untersuchung einer Größenabhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von FKV ist es oft nicht klar, ob es sich um einen tatsächlichen Größeneffekt des Materials handelt, oder ob andere Einflussfaktoren, wie eine Reduktion der Fertigungsqualität mit zunehmender Dicke, eine Rolle spielen. Hier können gezielt eingebrachte Fehlstellen bei gesicherter, gleichbleibender Fertigungsqualität weitere Erkenntnisse über den Einfluss von Fertigungsabweichungen bei der Skalierung von FKV-Laminaten liefern.Das Druckverhalten von FKV wird maßgeblich durch die Matrixeigenschaften beeinflusst, welche temperaturabhängig sind. Basis der Untersuchungen ist daher die Charakterisierung der Matrix hinsichtlich der thermischen und mechanischen Eigenschaften, sowie des Temperatur-Viskositätsverhaltens. Das Temperatur-Viskositätsverhalten ist für die Entwicklung des HD-RTM-Prozesses entscheidend.Die Übertragbarkeit von mechanischen Kennwerten und Materialeigenschaften, die in Experimenten mit dünnen Probekörpern ermittelt wurden, auf dickwandige Strukturen ist nicht geklärt und soll im Rahmen des Projektes untersucht werden.Schlussendlich sollen die gewonnen Erkenntnisse für die multiaxiale Prüfung von Prüfstrukturen genutzt werden. Damit können der Einfluss von Faserfehlstellungen und -verschiebungen bei verschiedenen Temperaturen auf bauteilähnliche Strukturen untersucht und Zusammenhänge für kritische Defekte abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen