Simulationsgestützte Erforschung von neuartigen textilbasierten adaptiven Faserkunststoffverbundstrukturen mit Formgedächtnislegierungselementen für komplexe Verformungsmuster

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Chokri Cherif; Professor Dr.-Ing. Maik Gude
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450242512

Der Einsatz von Hochleistungsfaserstoffen, wie Glas- und Carbonfilamentgarnen, und deren textile Verarbeitung zu anforderungsgerechten Verstärkungshalbzeugen bilden die Grundlage für hochbelastbare Faserkunststoffverbunde (FKV). Durch die werkstoffgerechte Integration aktorischer und/oder sensorischer Funktionen in den Verbund kann der Funktionsumfang dieser Werkstoffgruppe wesentlich erweitert werden. Insbesondere aktorische Materialien, wie Formgedächtnislegierungen (FGL), weisen besonders hohes Potenzial zur aktiven Funktionalisierung von FKV-Strukturen auf. Das Ziel des Projektes ist die Realisierung neuartiger formvariabler FKV-Leichtbaustrukturen mit reproduzierbaren und räumlich komplexen Verformungsmustern. Hierbei sollen glasfaser¬textilverstärkte FKV mit duroplastischen Matrixsystem durch Positionierung und textiltechnische Einarbeitung von drahtförmigen FGL-Aktoren in die textile Verstärkungsstruktur und somit in den FKV funktionalisiert werden. Ein Schwerpunkt liegt auf der gezielten und automatisiert/reproduzierbaren Integration der FGL in den FKV, wodurch zum einen sehr flexible Gestaltungsfreiheiten und zum anderen eine hohe Langzeit¬stabilität realisierbar werden. Dafür soll ein verbessertes Verständnis der Zusammenhänge zwischen der textilen Bindungsart (z.B. Gewebebindung) und den daraus resultierenden funktionalen Eigenschaften der adaptiven FKV-Struktur erarbeitet werden. Dies ermöglicht die Entwicklung und Gestaltung funktionaler und schädigungsabhängiger Anbindungslösungen der FGL in den FKV zur Realisierung hoher Stellkräfte und Verformungsgraden und -geschwindigkeiten. Zur Erweiterung des Leistungs- und Verformungspotentials der FGL sollen zudem Gestaltungslösungen unter Berücksichtigung der Positionierung der FGL, eines angepassten Laminataufbaus und lokaler Strukturnachgiebigkeiten in Form von Gelenken erarbeitet werden. Zur Modellierung und Auslegung dieser adaptiven FKV-Strukturen soll eine Simulationsmethodik basierend auf skalen¬übergreifenden Berechnungsansätzen erarbeitet und validiert werden um das dynamische Verformungs¬verhalten vorhersagen zu können. An dieser Stelle sind insbesondere die tribologischen Anbindungs¬mechanismen zwischen FGL und textiler Verstärkungsstruktur auf Mikroebene als auch die entstehende Wärmeentwicklung im Verbund bei Aktivierung der FGL in die strukturmechanische Analyse mit einzubeziehen. Im Hinblick auf eine effiziente Modellierung auf Strukturebene erfolgt die Zuweisung der gradierten Eigenschaften des FKV mittels ortsabhängigen Struktur- und Materialeigenschaften. Mit Hilfe der Simulation kann die Ableitung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen zwischen funktionalen und strukturellen Eigenschaften der adaptiven FKV erfolgen. Abschließend erlaubt das erworbene tiefgreifende Verständnis der Material-, Struktur- und Funktionseigenschaften sowie insbesondere der zugehörigen Wechselwirkungen eine effiziente Auslegung adaptiver FKV für unterschiedliche Anwendungsfelder.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen