Beurteilung von Faserverbundwerkstoffen

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Faserverbundwerkstoffe

Aufgrund ihrer spezifischen Festigkeit und Steifigkeit werden Faserverbundwerkstoffe
in unterschiedlichen Leichtbauanwendungen verwendet.

Durch die Kombinationsmöglichkeiten von Matrix und Trägermaterialien mit einer gezielten
Faserorientierung können unterschiedliche Eigenschaften des Faserverbundes konstruiert werden:

  • Verbesserte Festigkeit und Steifigkeit
  • Spezielle elektrische Eigenschaften
  • Nachbau biomechanischer Anforderungen

Nachfolgend werden folgende Punkte behandelt:

Versagenskriterien für Verbundwerkstoffe

Das Versagen von Verbundwerkstoffen kann grundsätzlich in zwei Versagenskriterien gruppiert werden:

  • Bruchkriterien
  • Delaminationskriterien

SinusPro bietet eine Beurteilung gegen folgende Versagensarten an:

Spannungsbasierte Versagenstheorien:

  • Maximum-Stress Theorie
  • Tsai-Hill Theorie
  • Tsai-Wu Theorie
  • Azzi-Tsai-Hill Theorie
  • Puck/Knaust Theorie

Dehnungsbasierte Versagenstheorien:

  • Maximum strain failure Theorie

Fortschreitende Schädigung nach Hashin:

  • Faserbruch unter Zug
  • Faserknicken unter Druck
  • Matrixreißen unter Querzug und Schubbeanspruchung
  • Matrixbruch unter Querdruck und Schubbeanspruchung

composite1
composite2

composite3

Kalibrierung der Materialkennwerte

Ziel: Kalibrierung der Materialkennwerte, sodass sich die Ergebnisse der Simulation mit denen der Messergebnisse decken

Erstellung des Materialdatensatzes

  • Bewertung der Plausibilität der Messkurven - Überlagerung mehrerer Effekte in den Messergebnissen

Ermittlung der zulässigen Festigkeitswerte

  • Simulation der Materialtests (auch von Hybridbauteilen aus Metall und FVK)
    Beispiele: 3-Punkt-Biegeversuch, T-Schälversuch etc.
  • Ergebnisse sind ein Materialdatensatz und Festigkeitskennwerte basierend
    auf den Materialtests für die Virtuelle Produktentwicklung

Auslegung von faserverstärkten Kunststoffkomponenten

  • Auswertung auf mikro- und makroskopischer Ebene
  • Analyse von monolithischen und Sandwich-Strukturen
  • Analytische Auslegungen lt. Spezifikation u.a. nach E.F. Bruhn

Monolithische Strukturen

  • Bewertung des Laminats mittels Versagenskriterien
    • Nicht interaktive Kriterien: Max Strain, Max Stress
    • Interaktive Kriterien: Tsai-Wu, Tsai-Hill etc.

  • Lokale Bewertung der Analysen
    • Cut-out Analyse, Radius-Bending Analyse etc.
  • Auslegung der Verbindungen
    • Klebeverbindungen
    • Schraubverbindungen
      • Lochleibung, Bolzenfeld Analyse etc.

Sandwich Strukturen

  • Analyse der Rampen basierend auf fundierten Auswertungsverfahren
  • Auslegung des Kerns u.a. nach folgenden Kritierien
    • Facesheet Wrinkling, Intracell Buckling, Core Shear etc.

Best Practice: Auslegung der Armlehne eines PKWs

Ziel: Bewertung der Stabilität der Armlehne >> hier geht es zum Best Practice Beispiel

Auslegung der Armlehne eines PKWs

Graz, 2017-03-27


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Ansprechperson

Dipl.-Ing. (FH) Dominik Fleischhacker

BU Manager Bionic Optimization