Herstellung, Prüfung und Modellierung neuartiger hybrider Aluminiumschaum-CFK Sandwichverbunde mit verbesserten Impacteigenschaften

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Elsner (†)
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Kunststofftechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 261936349

Die Verwendung von Sandwichmaterialien in strukturellen Anwendungen des Automobil- und Schienenverkehrs bedarf vor allem einer eingehenden Erfassung der Crash- und Impaktsicherheit, um die Sicherheit von Fahrgästen und Fahrzeuggesamtstruktur zu gewährleisten. Bisher eingesetzte Sandwichverbunde auf Basis von Papierkernen besitzen jedoch nur relativ geringe Druck- und Impaktfestigkeiten. Hybride Sandwichverbunde mit schubsteifen Metallschaumkernen in Kombination mit CFK-Deckschichten auf der Basis von Polyurethan bieten hier ein hohes Energie-Absorptionspotenzial sowie, durch die Sandwichbauweise und den Einsatz hochsteifer Deckschichten, ein enormes Leichtbaupotenzial. Im Rahmen dieses Vorhabens sollen daher wichtige Aspekte von CFK-Metallschaum-Sandwichverbunden geprüft werden. Zuerst soll eine Optimierung der Deckschichtapplikation mittels Fasersprühverfahren, einem Verfahren zur großserientauglichen Fertigung flächiger Sandwichbauteile, durchgeführt werden. Dabei werden zuerst die Materialkombinationen sowie deren Einflüsse auf die Prozessstabilität unter Optimierung des Leichtbauaspektes untersucht. Anschließend werden statische und dynamische Werkstoffprüfverfahren zur Charakterisierung der mechanischen elastischen und plastischen Eigenschaften der Komponenten sowie der Verbindung zwischen Kern- und Deckschichtmaterial angewandt. Damit kann eine grundlegende Aussage über das mechanische Verhalten unter den im Einsatz auftretenden Belastungen gemacht und die Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für das Verbundsystem abgeleitet werden. Die Strukturcharakterisierung spielt dabei eine zentrale Rolle, wobei hier vor allem die Untersuchung des Schädigungsverhaltens und der Mikro- und Mesostruktur mittels computertomographischer Methoden aufgrund der Vorteile der 3D Bildanalyse weiterentwickelt werden soll. Diese experimentell gewonnenen Daten, sowohl der Werkstoffprüfung als auch der Werkstoffcharakterisierung, dienen schließlich als Grundlage für eine mikromechanische Modellierung des Sandwich und die weiteren Design und Auslegungsschritte der Gesamtstruktur. Dazu werden die vorhandenen Modelle um die Werkstoffkennwerte der Komponenten und die Besonderheiten der hybriden Konstruktion erweitert und anhand der Versuchsdaten validiert. Als Zielsetzung soll schließlich ein genaues Verständnis der Werkstoffkombination mit Kriterien für die Anwendung und Konstruktion bereitgestellt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr.-Ing. Stefan Dietrich; Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann