Projektbereich C: Auslegung hybrider Leichtbaustrukturen
Die im SFB entwickelten mehraxial textilverstärkten Verbunde mit Thermoplastmatrix bieten ein großes Anwendungspotenzial für die Herstellung endkonturnaher Bauteile mit beanspruchungsgerechtem Eigenschaftsprofil. Eine wesentliche Grundlage für die Auslegung derartig komplexer Leichtbaustrukturen bildet die Erarbeitung werkstoffangepasster Berechnungsmodelle auf Basis einer umfassenden experimentellen Werkstoffcharakterisierung.
Zur Erweiterung der im Projektbereich C erarbeiteten grundlegenden Werkstoff- und Degradationsmodelle (Teilprojekt C1) sind insbesondere die Einflüsse textil- und herstellungsspezifischer Parameter zu identifizieren und im Rahmen der Modellbildung mittels geeigneter probabilistischer Ansätze zu berücksichtigen. In der Verknüpfungsphase sollen ferner der Temperatureinfluss auf das Werkstoffverhalten experimentell untersucht und zugehörige funktionale Abhängigkeiten erarbeitet werden. Darüber hinaus sind experimentelle und theoretische Untersuchungen zum bruchtypbezogenen Schwingfestigkeitsverhalten der neuartigen Textilverbunde bei Zug/Druck-Torsions-(Z/D-T-)Belastung geplant.
In einem weiteren Arbeitsschwerpunkt (Teilprojekt C4) wird das Verbundverhalten bei hochdynamischer Belastung in Dickenrichtung untersucht, um darauf aufbauend die bereits entwickelten Materialmodelle hinsichtlich einer dreidimensionalen Spannungs- und Verformungs- sowie Versagens- und Schädigungsanalyse zu erweitern. Diese Modelle werden im Anschluss zur Simulation komplexer Komponenten herangezogen.
Neben der Formulierung phänomenologischer Werkstoffgesetze werden mehrskalige Modellierungs- und Simulationstechniken weiterentwickelt (Teilprojekt C2). Auf Basis der Ergebnisse der ersten Projektphase sollen die bisher durchgeführten Berechnungen effektiver Steifigkeiten zur Beschreibung des makroskopischen linear elastischen Materialverhaltens mit Hilfe von repräsentativen Volumenelementen (RVE) und Homogenisierungsverfahren durch die Berücksichtigung von Nichtlinearitäten erweitert werden. Dabei stehen insbesondere die Formulierung geeigneter Materialgesetze zur Beschreibung des nichtlinearen Verhaltens der konstitutiven Bestandteile sowie die Verfahren zur nichtlinearen Homogenisierung im Vordergrund.
Mit Hilfe der entwickelten Berechnungsmodelle sollen erste Demonstratorstrukturen ausgelegt und 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).