Schwingfestigkeitsdatenbank für das Auslegen von Kunststoffbauteilen

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Wissenschaftler des Fraunhofer LBF wollen mit Hilfe von Big Data Wirkzusammenhänge von Schwingfestigkeitseigenschaften bei Kunststoffen ableiten.

Daten gelten als der neue Rohstoff, Big Data ist in aller Munde, etwa für Schwingfestigkeitsdaten, die man für die Entwicklung von Kunststoffbauteilen benötigt. Wissenschaftler des Fraunhofer LBF nutzen die Entwicklungen im kommenden Jahr in einem internen Forschungsvorhaben.

Bei der Produktion von hochbelasteten Strukturbauteilen aus thermoplastischem Kunststoff drängt die verarbeitende Industrie auf immer kürzere Entwicklungszeiten. Voraussetzung, um den zuverlässigen Betrieb des Bauteils in einer frühen Phase der Entwicklung abschätzen zu können, ist die umfangreiche Kenntnis der Schwingfestigkeitseigenschaften unter verschiedenen Einflussfaktoren erforderlich. Jedoch fehlen den Entwicklern oft die dazu notwendigen Materialkennwerte, oder sie sind nicht öffentlich zugänglich.

Diese Grafik zeigt eine Auswertung mit Hilfe der neuen Schwingfestigkeitsdatenbank zum Material Polyamid 6 mit 30 Glasfasern. Grafik: Fraunhofer LBF

Mitunter ist auch die Überlagerung der äußeren Einflussfaktoren und der mechanischen Belastung sehr komplex, sodass auch hier keine Materialkennwerte verfügbar sind. „Werden Materialkennwerte zur betriebsfesten Auslegung eines Bauteils ohne Berücksichtigung der lokalen Gegebenheiten oder ohne statistische Bewertung abgeschätzt, so besteht die Gefahr, die Lebensdauer beim Übertrag auf das Bauteil zu überschätzen“, sagt Dominik Spancken, der das Projekt im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF betreut.

Häufig fehlen Materialkennwerte zur Ermittlung der Schwingfestigkeit

Besteht das Bauteil die geforderte Lebensdauer im Freigabeprozess nicht, muss der gesamte Produktentwicklungsprozess erneut durchlaufen werden. Dies erfordert einen hohen Aufwand bei Rohmaterialien, Energie und Zeit. Im Sinne einer ressourceneffizienten Bauteilauslegung von Strukturbauteilen ist der Einsatz numerischer Simulationsprozesse weit verbreitet, da auf diese Weise Prototypen oder Prozessoptimierungen virtuell entstehen. So wird iterativ die bestmögliche Form des Bauteils bestimmt. Um diesen numerischen Prozess so genau wie möglich abzubilden, sind exakte Kenntnisse über das zu verwendende Material Voraussetzung.

Bis Ende 2020 sollen Wirkzusammenhänge bestimmt werden

Das übergeordnete Ziel des Forschungsvorhabens ist es, bis Ende 2020 die Wirkzusammenhänge der lokalen Gegebenheiten der untersuchten Eigenschaften auf die Wöhlerlinien beschreibenden Parameter wie Neigung, Aufpunkt und Streumaß zu bestimmen und untereinander zu vergleichen. Mit Hilfe der zusammengetragenen Daten wollen die Wissenschaftler im Fraunhofer LBF Abminderungsfaktoren auf die Schwingfestigkeitseigenschaften von thermoplastischen Kunststoffen erarbeiten. Dazu planen sie, den Einfluss der Umgebung, des Materials, des Herstellverfahrens, der Geometrie und der Belastung zu berücksichtigen, wobei jeder schwingfestigkeitsbeeinflussenden Eigenschaft ein Abminderungsfaktor zugewiesen wird. Ebenfalls berücksichtigen wollen die Darmstädter Forscher mögliche Wechselwirkungen schwingfestigkeitsbeeinflussender Eigenschaften untereinander, die eine verbessernde oder stark verschlimmernde Wirkung besitzen.

7.500 geprüfte Proben sind bereits berücksichtigt

Im Vorfeld haben die Forscher bereits sämtliche Schwingfestigkeitskennwerte aus Veröffentlichungen, öffentlich geförderten Projekten und Auftragsforschungen in einer Datenbank zusammengetragen. 7.500 geprüfte Proben mit sämtlichen schwingfestigkeitsbeeinflussenden Kennwerten sind darin berücksichtigt.

sk

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