Materialcharakterisierung und Modellentwicklung von Faser-Kunststoff/Metall-Verbunden

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Bernd-Arno Behrens; Professor Dr.-Ing. Lothar Kroll
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2015
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 231907776

Die Materialcharakterisierung eines hybriden Werkstoffverbunds, bestehend aus Metall und faserverstärkten Kunststoff, spielt eine wesentliche Rolle für eine simulationsgestützte Auslegung des Umformprozesses. Hierbei ist das Metall- als auch der fasen/verstärkte Kunststoff einzeln und als Verbund grundlegend zu charakterisieren. Dabei werden Standard versuche aus der Blechwerkstoff- und Kunststoffcharakterisierung für verschiedene Belastungszustände durchgeführt. Vorgesehen sind Versuche mit verschiedenen Spannungszuständen, wobei sowohl der Einfluss unterschiedlicher Dehnraten als auch verschiedener Temperaturen betrachtet werden soll. Darüber hinaus ist die Ermittlung der Reibwerte unter Temperaturen Wirkung mittels Streifenzieh versuch mit Umlenkung vorgesehen. Auf Basis der ermittelten Materialdaten wird ein gekoppeltes Simulationsmodell entwickelt, welches die Umformung des Faser-Kunststoff/Metall-Verbunds realitätsnah abbildet. Das unterschiedliche Formänderungsverhalten in Abhängigkeit der Temperatur stellt insbesondere an der Grenzfläche der beiden Materialien eine große Herausforderung in der FE-Simulation dar. Außerdem haben die Verbundpartner unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten, wodurch sich ein komplexer Spannungszustand an der Grenzfläche der Verbundpartner während des Umformvorganges einstellt. Für den Aufbau des numerischen Berechnungsmodells wird auf die Kompetenzen der Forschungsstellen (1) und (2) im Bereich der Blech- als auch der faserverstärkten Leichtbauverbund-Simulation zurückgegriffen. Anhand einfacher Modellversuche in TP4 ist unter Variation relevanter Prozessparameter das entwickelte Berechnungsmodell zu validieren. Eine Erweiterung der Simulationsmodelle hinsichtlich des Schädigungsverhaltens des hybriden Werkstoffverbunds ist in Abhängigkeit der Versuchsergebnisse vorgesehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen