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Müden kurzfaserverstärkten Kunststoffen auf der Spur

Die Experimentelle Charakterisierung der Schwingfestigkeit ist ein Teil zur Bestimmung der Materialermüdung von kurzfaserverstärkten Thermoplasten. Foto: Fraunhofer LBF/Ursula Raapke

Die Fraunhofer Institute LBF und IWM entwickeln Berechnungsmodelle zur Bestimmung der Materialermüdung von kurzfaserverstärkten Thermoplasten.

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste spielen im Automobilsektor eine zunehmend wichtigere Rolle. Bislang wird die Ermüdung von Bauteilen aus solchen Werkstoffen meist angelehnt an die eingeführten Methoden aus dem Bereich metallischer Werkstoffe bewertet. Ein abgesichertes Konzept für die Ermüdungsprüfung kurzfaserverstärkter Thermoplaste besteht bisher nur in Ansätzen. Dies betrifft insbesondere die adäquate Berücksichtigung der Einflüsse von Faserorientierung, Temperatur, überlagerter Kriechdeformation und anisotroper Kerbeinflüsse.

Im Forschungsprojekt „Ermüdung kurzfaserverstärkter thermoplastischer Polymerwerkstoffe“ entwickeln das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM daher nun abgesicherte Berechnungsmodelle.

Die Wissenschaftler verfolgen dabei einen kombiniert experimentell-numerischen Lösungsweg. Im ersten Schritt untersuchen sie die grundlegenden Schädigungseffekte experimentell an Laborproben und ergänzen dies durch Bauteilversuche. Auf dieser Basis werden sie ein Schädigungsmodell formulieren und in ein kommerzielles FE-Programm implementieren. Als effiziente Alternative werden sie eine rein im Postprocessing zu verwendende Schadensakkumulationshypothese erarbeiten.

Durch das Forschungsprojekt soll vor allem kleinen und mittleren Unternehmen ein abgesichertes, handhabbares und zuverlässiges Werkzeug zur Abschätzung der Lebensdauer kurzfaserverstärkter Thermoplaste in die Hand gegeben werden, das in einer mehrstufigen Formulierung für erste Auslegungen und aufwändigere hochgenaue Analysen gleichermaßen geeignet ist.

sk

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