Analyse der Korrelation zwischen dem Ermüdungsverhalten Remote-Lasergeschnittener Faserkunststoffverbunde und der Prozessführung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Kästner; Professorin Dr.-Ing. Martina Zimmermann
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Eigenschaften von metallischen Werkstoffen und ihre mikrostrukturellen Ursachen ; Mechanik
• Förderung: Förderung seit 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 372786314

Faserkunststoffverbunde (FKV) bieten aufgrund ihrer hervorragenden massespezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten ein hohes Leichtbaupotential. Der Laser als Bearbeitungswerkzeug ist als kraft- und berührungslose thermische Methode verschleißfrei und die Anwendung des Remoteverfahrens auf die Materialklasse der FKV bietet hohe Prozessgeschwindigkeiten. Als Ergebnis des zurückliegenden Bearbeitungszeitraums liegen umfangreiche Erkenntnisse zum statischen und zyklischen Ermüdungsverhalten remote-lasergeschnittener FKV unter mechanischer Beanspruchung vor. Durch quasistatische Zugversuche an Prüfkörpern mit offener Bohrung wurde gezeigt, dass das Remote-Laserstrahlschneiden mit entsprechenden Bearbeitungsparametern zu einer höheren statischen Festigkeit führt als das Fräsen. Diese Wechselwirkung zwischen dem Bearbeitungsverfahren und den Werkstoffeigenschaften konnte durch ein im Vorhaben erarbeitetes, numerisches Modell auf Basis der Finiten-Elemente-Methode erklärt werden. Das Ziel des beantragten Fortsetzungsvorhabens besteht in der konsequenten Erweiterung der Untersuchungen zum Einfluss des Remote-Laserschneidprozesses auf die mechanischen Eigenschaften von FKV. Insbesondere soll der experimentelle und numerische Nachweis erbracht werden, dass die Geometrie der Schnittkontur sowohl den Remote-Laserschneidprozess und damit die Ausdehnung der Matrixverdampfungszone (MVZ), als auch die mechanischen Prüfkörpereigenschaften durch das Auftreten von Kerbspannungskonzentrationen beeinflusst. Da die MVZ selbst ebenfalls einen belegten Einfluss auf die Struktureigenschaften besitzt, entstehen komplexe Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen, die zu untersuchen sind. Zur durchgängigen Analyse dieser Beziehungen sind die in der ersten Projektphase bereitgestellten numerischen Prozess- und Strukturmodelle so zu erweitern, dass sich die Schädigungsentwicklung umfassend verstehen und simulativ abbilden lässt. Im Rahmen des Fortsetzungsvorhabens liegt der Fokus auf der Übertragung der bisherigen Ergebnisse und Erkenntnisse zum Remote-Laserstrahlschneiden von FKV auf anwendungsrelevante Lagenaufbauten und Belastungen. Weiterhin ist die Annahme, dass eine Alterung remote-lasergeschnittener Prüfkörper zu einer gesteigerten mechanischen Ermüdungsempfindlichkeit und einer Reduktion der ertragenen quasistatischen Maximalspannung führt, zu untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen