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Projekt
Eigenspannungen in intrinsischen Hybridverbunden, Ermittlung, Modifikation und Berücksichtigung in der Fertigung und der numerischen Schadensmodellierung
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Michael Sinapius
Fachliche Zuordnung
Leichtbau, Textiltechnik
Kunststofftechnik
Kunststofftechnik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2019
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256131096
Die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der Fügepartner sowie die Anisotropie des Verbundwerkstoffes führen bei der Herstellung der intrinsischen zu hohen Eigenspannungen, die die Festigkeit des Hybridverbundes herabsetzen können. Für dieses Vorhaben leiten sich daraus die Aufgaben ab, Maßnahmen zur Reduzierung interlaminarer Spannungen zu untersuchen. Dazu sollen zunächst Messverfahren zur Bestimmung der vorhandenen bzw. zur Bestimmung der Entstehung von Eigenspannungen untersucht werden. Im Mittelpunkt steht dabei die Entwicklung eines simultanen Messverfahrens mittels Faseroptischer Sensoren, die direkt in die noch unausgehärtete Faserkunststoffkomponente integriert werden. Anschließend sollen Maßnahmen zur Modifikation der Eigenspannungen untersucht werden. Mit Hilfe von parametrischen Reihenuntersuchungen können dabei insbesondere die Wirkzusammenhänge zwischen Material- und Prozessparametern sowie den interlaminaren Eigenspannungen bestimmt werden. Asymmetrische Laminataufbauten führen neben den eingelagerten Spannungen auch zu prozessinduzierten Deformationen, wie Verformungen und Krümmungen. Gekrümmte Strukturen weisen deutlich komplexere Spannungszustände auf. Das entwickelte prozessbegleitende Messverfahren soll so angepasst werden, dass neben der Ermittlung von Eigenspannungen auch Aussagen über die Ursachen von prozessinduzierte Deformationen getroffen werden können. Die gewonnenen Kenntnisse aus der ersten Förderperiode über die Eigenspannungsentstehung, den Einfluss verschiedener intrinsischer und extrinsischer Faktoren, sowie deren Wirkmechanismen sollen dabei genutzt werden, um Wirkzusammenhänge zwischen Prozessinduzierten Deformationen, hervorgerufen durch die Krümmung der Struktur, sowie durch die Asymmetrie und den eingelagerten Eigenspannungen festzustellen. Neben dem Einsatz von Maßnahmen in der Prozessführung zur Eigenspannungsminimierung sollen Kompensationsmethoden zur Herstellung maßhaltiger CFK-Metall-Strukturen untersucht werden. Unter Einsatz der Kompensationsmethode werden ebene, asymmetrische Proben für CAI Untersuchungen hergestellt. Eigenspannungen haben einen signifikanten Einfluss auf das Schadensverhalten des Laminates. Die Auswirkungen der Maßnahmen zur Eigenspannungsreduktion auf das Schädigungsverhalten soll experimentell untersucht werden. In der zweiten Förderperiode sollen die gewonnenen Erkenntnisse über die sich einstellenden Dehnungen und Verformungen aus den experimentellen Untersuchungen an gekrümmten asymmetrischen und symmetrischen Proben genutzt werden, um Eigenspannungen sowie Vorhersagen prozessinduzierter Deformationen in der Auslegung von CFK-Metall Hybriden durch einen phänomenologischen Ansatz zielgerichtet zu berücksichtigen. Durch die umfangreichen Sensorinformationen kann der Aufwand für die Parametererzeugung gesenkt werden. Aus den experimentellen und simulativen Daten sollen sich Designregeln für die Produktion von beliebigen Hybridstrukturen ableiten lassen.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
