Teilprojekt C4: Theoretische und experimentelle Untersuchungen zum strukturmechanischen Verhalten textilverstärkter Thermoplast-Verbundbauteile bei Crash- und Impactbelastung
Ziel des Teilprojektes ist die experimentelle und theoretische Untersuchung des strukturmechanischen Verhaltens hochdynamisch belasteter Textil-Thermoplast-Verbundkomponenten, die der Entwicklung werkstoffgerechter Simulationsmodelle dienen. Auf Grundlage der durchgeführten hochdynamischen Werkstoffcharakterisierung sind weiterführende Untersuchungen zum dehnratenabhängigen Werkstoffverhalten bei out-of-plane-Belastung sowie zum Strukturverhalten von hochdynamisch belasteten gekrümmten Verbunden und textilverbundgerechten Verbindungselementen geplant.
In der Basisphase (I. Antragsphase) wurden zunächst einachsige in-plane-Hochgeschwindigkeits-Zug- und Druckversuche an Hybridgarn-Textil-Thermoplast-(HGTT-)Verbunden mit Gewebe- und Gestrickverstärkung durchgeführt, um die richtungs- und dehnratenabhängigen Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften zu bestimmen sowie die zugehörige Versagens- und Schädigungscharakteristik zu untersuchen. Hierzu wurden neuartige Prüfmethoden entwickelt, die zum einen eine definierte Probekörperbelastung gewährleisten und zum anderen eine zuverlässige Dehnungs- und Schädigungsanalyse ermöglichen. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen sind Ansätze für erweiterte Werkstoffmodelle entwickelt worden, die sowohl das dehnratenabhängige Verformungsverhalten als auch das bruchmodebezogene Versagensverhalten erfassen. Die erarbeiteten Modelle sind für erste numerische Crash- und Impactsimulationen von ebenen Basiskomponenten herangezogen worden.
In der II. Antragsphase (Verknüpfungsphase) wird im Hinblick auf die spätere Auslegung des generischen SFB-Demonstrators in Teilprojekt C4 zunächst das werkstoffmechanische Verhalten von HGTT-Verbunden bei hochdynamischer Belastung in Dickenrichtung untersucht, um hierauf aufbauend die bereits entwickelten Materialmodelle hinsichtlich einer dreidimensionalen Spannungs- und Verformungs- sowie Versagens- und Schädigungsanalyse zu erweitern. Diese Modelle werden im Anschluss zur Simulation komplexerer Komponenten wie gekrümmter Textil-Thermoplast-Verbundstrukturen herangezogen. In begleitenden Experimenten werden an ausgewählten Verbundkomponenten Versuche in den institutseigenen Crash- und Impactprüfständen sowie im Fallturm durchgeführt, um die entwickelten Simulationsmodelle experimentell zu validieren.
Des Weiteren sind experimentelle Untersuchungen an hochdynamisch belasteten HGTT-Strukturen mit konstruktiv bedingten Ausschnitten und Verbindungselementen geplant, um gemeinsam mit Teilprojekt B2 die erarbeiteten Kerbspannungs- und Kerbfestigkeitsmodelle hinsichtlich der Dehnratenabhängigkeit zu erweitern. Mit Hilfe der entwickelten Berechnungsmodelle sollen im Anschluss erste crashrelevante Demonstratorstrukturen ausgelegt und mittels Fallturmversuchen auf ihr Deformations- und Versagensverhalten untersucht werden. Die Arbeiten dienen als Vorbereitung für die - in der abschließenden Demonstratorphase (III. Antragsphase) vorgesehene - Entwicklung und Dimensionierung des generischen SFB-Demonstrators Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger (FiF).
Leitung
Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-38153
Fax: +49 351 463-38143
Dr.-Ing. Albert Langkamp
TU Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-38151
Fax: +49 351 463-38143
Prof. Dr. rer. nat. habil. Dr. h. c. Karl-Heinz Modler
TU Dresden
Institut für Festkörpermechanik
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-32989
Fax: +49 351 463-33361