Modellentwicklungen zur betriebsfesten Auslegung von Strukturbauteilen aus glasfaserverstärkten Thermoplasten im Motorraum

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

In der vorliegenden Dissertation wird anwendungsnah auf das lokale Spannungskonzept zur Bewertung der Lebensdauer von kurzfaserverstärkten (kfv) Thermoplastbauteilen eingegangen. Den Grundstein der Arbeit bilden zahlreiche statische, quasistatische und zyklische Versuche an drei unterschiedlichen diskontinuierlich kurzglasfaserverstärkten Thermoplasttypen. Diese dienen einerseits zur Grundcharakterisierung der Werkstoffe und andererseits zum Aufbau einer aussagekräftigen Datenbasis. Durch weiterführende Versuche werden vertiefend kunststoffrelevante und betriebsfestigkeitsrelevante Einflussgrößen erfasst, welche speziell bei Bauteilen im Motorraum berücksichtigt werden müssen. Die kunststoffrelevanten Einflussgrößen wie Faserorientierung, stagnierende Bindenaht, erhöhte Temperatur, Feuchtigkeit und Umgebungsmedien werden vorwiegend durch quasistatische Zugversuche abgebildet. Gleichzeitig wird anhand von spannungsgeregelten Ermüdungsversuchen, in Form von Wöhlerlinien, auch die Wirkung dieser Einflussgrößen auf die Schwingfestigkeit untersucht. Dies ermöglicht Korrelationsuntersuchungen zwischen den quasistatischen und zyklischen Werkstoffeigenschaften. Im Hinblick auf die klassische Betriebsfestigkeit werden zusätzlich Einflussgrößen wie Spannungsverhältnis und Spannungskonzentrationen charakterisiert. Hierbei wird insbesondere auf die Wechselwirkung zwischen dem Stützwirkungsverhalten in Spannungskonzentrationen und der Umgebungstemperatur ein spezielles Augenmerk gelegt. Einen besonderen Teil der Arbeit stellen auch dehnungsgeregelte Versuche zur Beschreibung des Low Cycle Fatigue (LCF) Bereiches dar. Diese Versuche geben durch Analyse der Spannungs/Dehnungs-Hysteresen einen tieferen Einblick in das zyklische Werkstoffverhalten und können als erster Schritt in Richtung dehnungsbasierter Lebensdauerberechnung angesehen werden. Für die industrielle Anwendung des lokalen Spannungskonzeptes unter Berücksichtigung des Fertigungsprozesses werden mathematische Zusammenhänge zur Beschreibung des quasistatischen und zyklischen Werkstoffverhaltens abgeleitet. Hierzu werden zur Beschreibung von Einflussgrößen wie Faserorientierung und Spannungskonzentrationen bereits etablierte Ansätze verwendet und in Bezug auf deren Eignung und Sensitivität analysiert. Als wesentlicher Beitrag zur Erweiterung des lokalen Spannungskonzeptes für Thermoplastbauteile werden neue Ansätze zur Beschreibung des Temperatureinflusses, der Wechselwirkung zwischen dem Stützwirkungsverhalten in Spannungskonzentrationen und der Umgebungstemperatur, sowie zur Beschreibung des Einflusses von Kühlmedien auf die mechanischen Eigenschaften, in Wechselwirkung mit Faserorientierung und Umgebungstemperatur, vorgeschlagen. Auch die Ableitung des zyklischen Spannungs/Dehnungs-Verhalten nach Ramberg-Osgood, aus den dehnungsgeregelten LCF-Versuchen, stellt einen erheblichen Mehrwert für die Methode dar.

Details

Titel in ÜbersetzungModel Developments for Fatigue Life Calculation on Fibre Reinforced Thermoplastic Parts in Engine Compartment
OriginalspracheDeutsch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2014