Promotionen 2025
Auf dieser Seite geben wir einen Überblick über die im Jahr 2025 am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden abgeschlossenen Dissertationen. Die Arbeiten verbinden interdisziplinäre Forschung mit der Zusammenarbeit mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie. Über die jeweiligen Dissertationstitel gelangen Sie zu weiteren Informationen über die Forschungsarbeiten.
Promovent: Tino Wollmann
Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude
Faserverbundwerkstoffe zeichnen sich durch eine hohe spezifische Steifigkeit und Festigkeit, richtungsabhängige Werkstoffeigenschaften sowie ein einstellbares sukzessives Schädigungsverhalten aus und sind daher prädestiniert für den Einsatz in modernen Hochleistungsrotoren. Die Überlagerung von thermomechanischer Belastung und Schädigung stellt bei rotierenden Faserverbundstrukturen unter realen Betriebsbedingungen eine zentrale Herausforderung für die Bauteilauslegung dar.
In dieser Arbeit wird daher das schädigungsabhängige Schwingungsverhalten rotierender Faserverbundstrukturen untersucht. Eine analytische Methode zur Spannungs- und Verformungsanalyse sowie ein numerischer Ansatz zur Berücksichtigung des Rissöffnens und -schließens werden entwickelt. Für eine verbesserte experimentelle Charakterisierung des Schwingungsverhaltens werden ein mitrotierendes Schwingungsanregungssystem sowie Methoden zur Verformungs-, Schwingungs- und Schädigungsanalyse von rotierenden Strukturen konzipiert und erstmals zur Anwendung gebracht. Zur Validierung der entwickelten Methoden erfolgt eine experimentelle Untersuchung verschiedener Rotorgeometrien (Abb. 1 und 2).
GFK-Scheibenrotor (a) und numerisch berechneter Schädigungsfortschritt (b) nach einer maximalen Drehzahl von 7 500 U/min.
Die Arbeit leistet damit einen Beitrag zum verbesserten Verständnis des Schwingungsverhaltens von rotierenden Faserverbundstrukturen in Abhängigkeit vom thermomechanischen Belastungs- und Schädigungszustand sowie zur Auslegung und Validierung von Hochleistungsrotoren aus Faserverbundwerkstoffen.
Versuchsaufbau für die SLDV-Messungen mit dem optischen Derotator während der Vermessung einer CFK-Verdichterschaufel bei 1 500 U/min (a) und die ermittelte 1. Torsionsschwingform (b).
Promovent: Dr.-Ing. Tom Ehrig
Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. Niels Modler
Konsequenter Leichtbau führt aufgrund der primär steifigkeits-/festigkeitsorientierten Auslegung – insbesondere der häufig dünnwandigen Bauteile – in vielen Fällen zu einer Schwingungsanfälligkeit, was Sekundäreffekte wie Lärmbelästigung, Leistungsminderung oder Bauteilversagen nach sich zieht. Um Umwelt- und Gesundheitsprobleme sowie funktionsbeeinträchtigende oder schadensrelevante Bauteilschwingungen zu vermeiden, werden oft passive oder aktive Maßnahmen zur Schwingungsberuhigung umgesetzt, die nicht leichtbaugerecht sind.
Abb. 01: a) Grundlegender Aufbau des CCLD im unkomprimierten (links) und komprimierten Zustand (rechts); b) Querschnitt des Aufbaus im ruhenden Zustand (ohne Verformung) und c) bei (Biege)Schwingung.
In der vorliegenden Arbeit wird mit dem Compressible Constrained Layer Damping (CCLD) eine neue, semi-aktive Dämpfungsmaßnahme vorgeschlagen, welche die attraktiven Eigenschaften der passiven Zwangsschichtdämpfung – wie die geringe Zusatzmasse und die hohe Ausfallsicherheit – mit denen der aktiven Regelung vereint. Neben dem Konzept wird eine durchgängige Beschreibung des CCLD von der Materialauswahl und -charakterisierung über die numerische Abbildung des Systems bis hin zur praktischen Demonstration präsentiert. Das Proof-of-Concept an einer generischen Leichtbaustruktur belegt eindrucksvoll, dass CCLD eine einfache und effiziente Maßnahme ist, um die Schwingungsamplituden einer Leichtbaustruktur bei variablen Anregungsfrequenzen zu reduzieren. Zusammen mit den anhand von Parameterstudien erarbeiteten Gestaltungshinweisen bietet die Arbeit eine praxisnahe Grundlage zur Entwicklung neuartiger Leichtbaustrukturen mit veränderlicher Zwangsschichtdämpfung.
Versuchsaufbau für das experimentelle Proof-of-Concept und die Validierung des numerischen Modells.
Parameterstudie zur Untersuchung des Einfluss des Dickenverhältnisses von Grundstruktur- zu Deckschichtdicke auf die Schwingungsamplitude bei optimaler Adaption des CCLD-Patches.
Promovendin: Dr.-Ing. Magdalena Heibeck
Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude
Recycling ist für eine nachhaltige Entwicklung und den Übergang zur Kreislaufwirtschaft von entscheidender Bedeutung. Eine der zentralen Herausforderungen beim mechanischen Recycling ist der effektive stoffliche Aufschluss (Trennung) von Werkstoffen aus Werkstoffverbunden während der Zerkleinerung.
Die vorliegende Arbeit widmet sich diesem bislang wenig untersuchten Aspekt, indem sie die Finite-Elemente-Methode (FEM) zur Simulation des Zerkleinerungsvorgangs in einem Rotorreißer einsetzt. Ziel war die Entwicklung einer simulationsbasierten Methodik zur Vorhersage der Zerkleinerungsleistung hinsichtlich der Kenngrößen Aufschlussgrad, spezifischer mechanischer Energieverbrauch und Bruchstückgrößenverteilung.
Auf der Grundlage experimenteller Untersuchungen – konkret Versuchen an Einzelproben aus Hybridprofilen und -platten (bestehend aus Stahl und glasfaserverstärkten Kunststoffen, die vorwiegend stoffschlüssig verbunden waren) – wurde ein numerisches Modell für den Zerkleinerungsprozess entwickelt. Die Simulationen bilden sowohl die komplexen Belastungszustände als auch das materialspezifische Bruch- und Verformungsverhalten erfolgreich ab. Zudem wurde ein automatisiertes Verfahren zur Datenauswertung (Post-Processing) entwickelt, um die simulierten Bruchstücke effizient zu charakterisieren und den mechanischen Energieverbrauch zu quantifizieren.
Die Ergebnisse zeigen, dass FEM-basierte Zerkleinerungssimulationen ein vielversprechendes Instrument zur Vorhersage des Zerkleinerungsergebnisses darstellen und einen neuartigen Beitrag zur Bewertung der Recyclingfähigkeit von Werkstoffverbunden leisten.
Weiterführende Links:
- Promotionsarbeit und Animationsvideo
https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112167