Methoden- und Prozessentwicklung zur Infiltration von Tragwerksstrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden mit mehrlagiger variabelaxialer Faserarchitektur (MerVa-2)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Luise Kärger; Professor Dr.-Ing. Axel Spickenheuer
• Fachliche Zuordnung: Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 415041798

Das Forschungsvorhaben MerVa-2 beschäftigt sich experimentell und numerisch mit dem Infiltrationsverhalten tragwerksartiger, im Tailored Fiber Placement (TFP)-Verfahren hergestellter Faser-Kunststoff-Verbund (FKV)-Strukturen mit mehrlagiger variabelaxialer Faserarchitektur. In der ersten Projektphase MerVa-1 wurde das Infiltrationsverhalten einlagiger TFP-Strukturen mittels Resin Transfer Molding experimentell und numerisch untersucht. Dabei konnten umfassende Erkenntnisse über das Infiltrationsverhalten auf Mikro-, Meso- und Makroskala sowie den Einfluss der variabelaxialen Faserarchitektur auf die Formfüllung gewonnen werden. Um für TFP-Strukturen verlässliche Angussstrategien entwickeln zu können, ist darüber hinaus ein Verständnis vom Infiltrationsverhalten mehrlagiger Faserarchitekturen von Bedeutung. Die Herausforderung bei der Betrachtung mehrlagiger TFP-Preformen liegt in der erhöhten Komplexität der textilen Struktur. Durch das Vernähen multipler Schichten stellt sich ein mehrdimensionaler Fließfrontverlauf ein, der sich nicht durch eine einfache Superposition von Einzellagen abbilden lässt. Grund hierfür ist das Entstehen von Fließkanälen durch alle Lagen hindurch sowie ein zusätzliches Kompaktieren der Rovings, was ein stark heterogenes Füllverhalten zur Folge hat. In der zweiten Projektphase sollen diese komplexeren Infiltrationsprozesse mehrlagiger TFP-Strukturen verstanden und numerisch modelliert werden. Hierfür wird die Meso-Struktur sowie das von der Meso-Struktur abhängende Infiltrationsverhalten von mehrlagigen variabelaxialen TFP-Preformen mit verschieden Stichmustern und Lagenorientierungen experimentell untersucht. Auf Basis der experimentellen Ergebnisse und Vermessungen der infiltrierten Strukturen werden Meso- und Makromodelle typischer mehrlagiger TFP-Preformen erzeugt und hinsichtlich vorhandener Infiltrationsfehler bewertet. Zudem wird die Skalierbarkeit der auftretenden Effekte analysiert, und ein Ansatz entwickelt, um über den homogenisierten Permeabilitätstensor hinausgehende Meso-Modellinformationen überall dort an die Makro-Simulation zu übergeben, wo sie erforderlich sind. Übergeordnetes Ziel des Vorhabens ist es, die Infiltration komplexer, mehrlagiger variabelaxialer TFP-Strukturen sowie möglicher Fehlstellen zuverlässig abzubilden, um zukünftig Infiltrationsprozesse virtuell sicher planen, durchführen und bewerten zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen