Motivation

Eine Grundvoraussetzung für das Verständnis der strukturabhängigen funktionalen Eigenschaften der I-FEV sowie einer möglichen Funktionsbeeinträchtigung ist die genaue Kenntnis der Korrelation von lokalen Dehnungen zu lokalen und globalen Verformungen des Gesamtsystems. Zur präzisen Erfassung des Verformungsverhaltens werden funktions- und strukturspezifische in-situ Prüfstrategien benötigt. Funktionsbestimmende Kenngrößen, wie die Langzeitstabilität der I-FEV werden u. a. durch die Ermüdungseigenschaften und die Scha­denstoleranz der Werkstoffverbunde und Strukturen bestimmt. Eine Ver­änderung der charakteristischen Mikrostrukturen sowie Rissbildungseffekte können zu signifikanten Beeinträchtigungen der Strukturzuverlässigkeit führen. 

Stand der Forschung und eigene Vorarbeiten

Die Vorhersage des Ermüdungsverhaltens von Elastomeren wird seit den 1940ern untersucht. Untersuchungen zu zykli­schen Festigkeitseigenschaften von Elas­to­mer­werkstoffen mit funktionellen Füllstoffen liefern u.a. Zhou et al. Anhand eines MSE auf Silikonba­sis wurde gezeigt, dass der Abfall der Schwingfestigkeit mit zunehmendem Partikelgehalt allmählicher er­folgt. Mikrostrukturelle Untersuchungen wurden an torsionsbeanspruchten selbstheilenden poly(dimethyl-siloxane) Elastomeren durchgeführt. Das Ermüdungsverhalten von FKV ist oft geprägt durch einen Schädigungsmechanismenwechsel, von der Faser-Matrixenthaftung über Delaminationseffekte bis zu Längsrissen in den Einzelschichten. Die Antragstellerin widmet sich der simulationsgestützten und experimentellen Aufklärung von Schädigungsmechanismen zu Struktur-Eigen­schaft­kor­re­lationen.

Wissenschaftliche Fragestellung und Projektziele

Mittels innovativer Prüfstrategien gilt es, lokale und globale Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der I-FEV abzuleiten, da sie die Grundlage für die anforderungsgerechte konstruktive Gestaltung und Auslegung der Multi-Matrix-Verbundkomponenten unter Berücksichtigung der skalenübergreifen­den Berechnung des Strukturverhaltens darstellen. Anhand von experimentell am Verbund aufgezeigten monotonen und zyklischen Verformungen sind Sensordaten zu kalibrieren und deren Zuverlässigkeit zur Zustandsüberwachung zu überprüfen. Die Zusammenhänge von finiten Deformationen im Sinne definierter Lastfälle mit mikrostrukturellen Veränderungen bzw. Stadien der Schadensent­wicklung sind zu ermitteln. Dafür sind effiziente Prüfstrategien abzuleiten, die das zu erwartende Strukturverhalten der komplexen maßgeschneiderten MMV in definierten Belastungs­szenarien an verallge­meiner­baren Prüfmodellen abbilden. Dies beinhaltet die eigentliche gewünschte räumliche Bewegung sowie betriebsbedingte (z. B. thermische) Randbedingungen und Kriecheffekte. Hierbei wird der Komplexitätsgrad der experimentellen Untersuchungsebene sukzessive erweitert (vom Elastomer zum MMV). Zudem soll eine eindeutige Zuordnung des räumlichen Verformungsverhaltens und der Schadensentwicklung erarbeitet werden. Zur in-situ Charakterisierung der Schadensentwicklung werden die systemimmanenten Messgrößen (insb. elektrische und magnetische Eigenschaften) während der Verformung quasi defektfreier und gezielt mit definierten Anfangsdefekten versehener Prüfkörper aufgezeichnet und mit den Simulationsergebnissen (TP6) korreliert. Durch begleitende materi­alographische Untersuchungen werden die Schädigungsarten und -stadien zugeordnet.

Kontakt

Institut für Werkstoffwissenschaft (IfWW), Professur für Werkstoffmechanik und Schadensfallanalyse, Fakultät Maschinenwesen der TU Dresden

© IfWW/TUD

Name

Frau Prof. Dr.-Ing. Martina Zimmermann

Inhaberin der Professur Werkstoffmechanik u. Schadensfallanalyse

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