DFG - Ermüdungsverhalten von Remote-Laserstrahlgeschnittenen Faserkunststoffverbunden
Orthotropes Schädigungsmodell zur Abbildung der intralaminaren Schädigung und Kohäsivzonenmodell zur Beschreibung interlaminarer Schädigungen (Delamination)
Faserkunststoffverbunde (FKV) bieten aufgrund ihrer guten massespezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten ein hohes Leichtbaupotential. Für den effektiven Einsatz des Remote-Laserstrahlschneidens von FKV und für die Minimierung der induzierten Werkstoffschädigung ist ein detailliertes Verständnis der komplexen Prozess-Material-Eigenschafts-Wechselwirkungen erforderlich. Das Ziel des Projekts besteht daher in der numerischen Analyse der Ein-
flüsse des Laserstrahlschneidens auf die Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften endlosfaserverstärkter FKV unter zyklischer mechanischer Beanspruchung.
Das Hauptziel der Modellierung ist die Vorhersage der im Laserschneidprozess entstehenden intra- und interlaminaren Schädigung in FKV-Laminaten und deren Auswirkungen auf das mechanische Verhalten. Dazu wird ein Modell zur Simulation der Schädigungsevolution unter statischer und zyklischer Belastung entwickelt. Um die Initiierung der Schädigungen durch die Zersetzung des Materials im Bereich des Schnittspaltes und der Wärmeeinflusszone sowie durch Eigenspannungen infolge einer unterschiedlichen thermischen Ausdehnung der Schichten zu simulieren, wird eine Methode zur Abbildung der thermo-chemo-mechanischen Prozesse während des Laserschneidens von FKV entwickelt. Dabei werden die Heterogenität und die Anisotropie des Werkstoffes berücksichtigt und robuste Lösungsalgorithmen zur Behandlung der gekoppelten Feldprobleme und der stark lokalisierten Temperaturgradienten erarbeitet.
Aus den Ergebnissen der Untersuchungen werden Hinweise zur werkstoff- und fertigungsgerechten Auslegung lasergeschnittener faserverstärkter Strukturbauteile abgeleitet. Außerdem werden Laserparameter und Schneidstrategien entwickelt, die eine hohe Schneideffizienz und eine möglichst geringe mechanische Werkstoffschädigung und damit eine Verbesserung des Ermüdungsverhaltens ermöglichen.
Projektmitarbeiter
© TUD/NEFM
Dipl.-Ing. Benjamin Schmidt
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Professur für Numerische und Experimentelle Festkörpermechanik
Professur für Numerische und Experimentelle Festkörpermechanik
Besuchsadresse:
Zeunerbau, Zimmer 353 George-Bähr-Straße 3c
01069 Dresden
Kooperationen
Prof. Dr.-Ing. Eckhard Beyer, Institut für Fertigungstechnik, Technische Universität Dresden
Prof. Dr.-Ing. Martina Zimmermann, Institut für Werkstoffwissenschaft, Technische Universität Dresden