NEAPEL
Numerische und experimentelle Analyse des Permeations- und Rissverhaltens von Faserkunststoffverbunden mit thermoplastischem Matrixsystem
Das Projekt Neapel untersucht die schadensabhängigen Gaspermeationseigenschaften in FKV-Strukturen. Ziel ist es, Grundlagen für recyclingfähige und effiziente Wasserstoffdruckspeicher für Mobilitätsanwendungen aus thermoplastischen Verbundwerkstoffen zu schaffen. Hierbei liegt der Fokus des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) auf der Entwicklung experimenteller Methoden, während das Institut für Festkörpermechanik (IFKM) der TU Dresden ein Phasenfeld-Schädigungsmodell für FKV entwickelt.
Bisherige Druckspeicher sind auf einen Metall- oder Kunststoffliner als Permeationsbarriere angewiesen, was jedoch Instandhaltung und Recycling erschwert. Thermoplastische FKV-Typ-V-Tanks bieten eine effiziente Lösung, da sie Barriereeigenschaften und Lastaufnahme kombinieren. Vorausgesetzt ist hierbei, dass sie unter hoher Innendruckbelastung keine Schädigungsnetzwerke bilden, welche Leckagen ermöglichen. Hierfür hat das ILK einen Hochdruck-Permeationsprüfstand entwickelt, welcher die Bestimmung der Permeationseigenschaften von Polymeren, FKV und Mehrschichtaufbauten ermöglicht (Abb. 1).
Ein weiterer Fokus lag auf Methoden zur Charakterisierung von Schädigungsnetzwerken. Hierbei wurde eine optische Verformungsmessung (DIC) auf Mesoebene entwickelt, welche die Untersuchung von Rissbildung und -wachstum ermöglicht. Durch den Einsatz geeigneter Kontrastmittel bei CT-Scans und der Nutzung künstlicher neuronaler Netzwerke können Rissnetzwerke quantitativ dreidimensional ausgewertet und beschrieben werden, selbst bei begrenzter Auflösung der Scans (Abb. 2).
Abb. 1: Hochdruck-Permeationsprüfstand.
Abb. 2: Segmentierung eines CT-Volumenkörpers durch ein mit 3D-UNet trainiertes Convolutional Neural Network.
