Ansätze zur Lebensdauerberechnung von kurzglasfaserverstärkten Polymeren

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Ein wesentliches Ziel der vorliegenden Dissertation ist die systematische, experimentelle Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von diskontinuierlich kurzglasfaserverstärkten (kgfv) Polymeren in Form von Wöhlerversuchen. Darauf basierend werden für die industrielle Anwendung geeignete Modelle zur Lebensdauerabschätzung von dynamisch belasteten Bauteilen, die aus derartigen Kunststoffen hergestellt sind, entwickelt. Die Basis der betriebsfesten Bauteildimensionierung bildet die Kenntnis des Schwingfestigkeitsverhaltens bei zyklischer Belastung unter Berücksichtigung von verschiedensten, für den jeweiligen Anwendungsfall relevanten, Einflussgrößen. Zum Aufbau einer umfassenden Datenbasis in Form von Wöhlerversuchen werden drei kgfv Kunststofftypen ausgewählt und eingehend untersucht. Das Hauptaugenmerk liegt dabei in der Generierung von Wöhlerdaten unter Berücksichtigung der Einflussfaktoren Matrixtyp, Faserorientierung, Spannungsverhältnis, Temperatur, Umgebungsmedium, Bindenaht und geometrische Kerben. Aus der Vielzahl an durchgeführten Probenversuchen werden Hypothesen bzw. Modelle erarbeitet, anhand derer die am einfachen Probenkörper ermittelten Werkstoffdaten auf komplexe Bauteilgeometrien übertragen werden können. Zur Lebensdauerberechnung von kgfv Kunststoffen werden die abgeleiteten Modelle in die Lebensdauerberechnungssoftware FEMFAT implementiert und anhand von Bauteilversuchen validiert. Um die aus dem Herstellprozess resultierende Faserorientierung zu bestimmen und bereits in der Berechnung der Spannungsverteilung mittels Finiter Elemente Methode (FEM) sowie der Lebensdauerabschätzung berücksichtigen zu können, muss der gesamte Simulationsablauf erweitert werden. Dazu wird erstmalig in dieser Arbeit die Spritzgusssimulation als zusätzliches Glied der Prozesskette vorangestellt. Damit steht für die betriebsfeste Dimensionierung von geometrisch komplexen Strukturbauteilen aus kgfv Kunststoffen eine geschlossene Simulationskette, ausgehend von der Spritzgusssimulation, über die FE-Spannungsberechnung unter Berücksichtigung der Materialanisotropie bis hin zur Lebensdauerberechnung zur Verfügung. Diese stellte eine wesentliche Basis zur zeit- und kosteneffizienten Produktentwicklung dar.

Details

Titel in ÜbersetzungApproaches for fatigue life calculation of short glass fibre reinforced plastics
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2009