Experimente und Modellbildung zur Eigenspannungsentwicklung beim Laserdurchstrahlschweißen von Thermoplasten unter besonderer Berücksichtigung des druckabhängigen und asymmetrischen Werkstoffverhaltens

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Rolf Mahnken
• Subject Area: Plastics Engineering
• Term: from 2004 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5431327

Als effektive und zuverlässige Fügetechnik für Thermoplaste gewinnt das Laserdurchstrahlschweißen immer mehr an Bedeutung. Bei Einsatz des Verfahrens ergeben sich infolge der Abkühlung jedoch Eigenspannungen, welche zu Rissen in der Konstruktion führen können. Ziel des beantragten Forschungsvorhabens ist die experimentelle und numerische Untersuchung dieser Eigenspannungsentwicklung unter besonderer Berücksichtigung des druckabhängigen und asymmetrischen Werkstoffverhaltens. Unter Ausnutzung der apparativen Besonderheiten des KTP werden dazu experimentelle Daten in verschiedenen Versuchsständen mit diversen Belastungsvorrichtungen erzeugt. Das LTM konzentriert sich auf die Formulierung der notwendigen konstitutiven Gleichungen, sowie deren numerische Umsetzung. Aufbauend auf den im vorausgegangenen Projekt (PO 171/60-1, "Grundlagen zum Laserdurchstrahlschweißen von Thermoplasten") ermittelten Zusammenhängen zwischen den Verfahrensparametern und den entstehenden Temperaturprofilen soll somit ein Finite-Elemente-Modell entwickelt werden, das den Eigenspannungszustand in einer Plattengeometrie nach dem Schweißvorgang beschreibt. Als Werkstoffe sind die amorphen Materialien Polycarbonat PC und Polymethylmethacrylat PMMA vorgesehen. Im Anschluss daran wird mit dem entwickelten Modell eine Variation der Prozessparameter zur Generierung einer umfangreichen Datenbasis durchgeführt. Damit sollen empirische Gleichungen entwickelt werden, welche charakteristische Merkmale des Eigenspannungszustands in Abhängigkeit der Prozessparameter wiedergeben.

• DFG Programme: Research Grants