TY - THES

T1 - Einfluss viskoelastischer Effekte auf das Schwingfestigkeitsverhalten von kurzglasfaserverstärkten Polymeren

AU - Maier, Fabian

N1 - gesperrt bis 15-09-2025

PY - 2020

Y1 - 2020

N2 - In dieser Arbeit werden die Auswirkungen der viskoelastischen Effekte auf die Lebensdauer von kurzglasfaserverstärktem (kgfv) Polypropylen (PP) mit 40% Glasfaseranteil untersucht. Diese kgfv Kunststoffe müssen oft in Automobilanwendungen dynamischen und statischen Lasten standhalten. Um die Auswirkung der viskoelastischen Effekte auf die Lebensdauer zu untersuchen wurde ein neues Prüfprogramm entwickelt, mit welchem die Prüfkörper abwechselnd mit zyklischer und statischer Last belastet werden. Eine Variation der Haltezeit von 25%, 50% und 75% und der Haltespannung bei Unterlast (UL), Mittellast (ML) und Oberlast (OL) lässt weitere Aussagen über die Auswirkungen zu. Neben ungekerbten (UK) Prüfkörpern wurden zudem zwei unterschiedliche Kerbradien untersucht. Neben einstufigen Blockversuchen mit R=0,1 wurden zur Untersuchung des Mittelspannungseinflusses auch Blockversuche mit R=0,5 durchgeführt. Aus den Versuchen ergibt sich eine Verschiebung der Wöhlerlinien, wobei sich bei den UK Prüfkörpern die ML (+4,0%) und die UL (+7,1%) positiv und die OL (-7,6%) negativ auswirkt. Mit zunehmendem Haltezeitanteil werden diese Auswirkungen stärker sichtbar.\newline Für die Charakterisierung der zyklischen Schädigung und der Kriechschädigung wird das Hysterese Messverfahren verwendet. Bei ML und UL kann eine Relaxation des Materials während der Haltezeiten und zyklisches Kriechen während der zyklischen Belastung beobachtet werden. Bei OL kriecht der Kunststoff während der Haltezeiten und relaxiert in den ersten Zyklen der darauffolgenden Halteblöcken. Der Mittelspannungseinfluss M steigt für UK Prüfkörper bei OL um 3,1% und sinkt bei ML um 10,4% im Vergleich zu rein zyklischen Versuchen. Die ertragbare Spannungsamplitude sinkt von R=0,1 auf R=0,5 bei Halten auf OL um 39% und bei ML um 37%. Kerben reduzieren die ertragbare Spannungsamplitude, bei ML wirken sich diese mit -17,8% bzw. -23% für scharf gekerbte (SK) bzw. sehr scharf gekerbte (SSK) Prüfkörper stärker aus als bei OL (-13,1% bzw. -16,5%). Für rein zyklische Wöhlerversuche kann bei SK Prüfkörpern (-18%) eine höhere Kerbempfindlichkeit als bei SSK Prüfkörpern (-17%) festgestellt werden. Bei Blockversuchen kann dieses Verhalten nicht mehr beobachtet werden. \newline Eine anisotrope Struktursimulation mit folgender Lebensdauerberechnung ergibt für rein zyklische Versuche eine gute Annäherung. Blockversuche können durch fehlende Schädigungsmodelle noch nicht berechnet werden.

AB - In dieser Arbeit werden die Auswirkungen der viskoelastischen Effekte auf die Lebensdauer von kurzglasfaserverstärktem (kgfv) Polypropylen (PP) mit 40% Glasfaseranteil untersucht. Diese kgfv Kunststoffe müssen oft in Automobilanwendungen dynamischen und statischen Lasten standhalten. Um die Auswirkung der viskoelastischen Effekte auf die Lebensdauer zu untersuchen wurde ein neues Prüfprogramm entwickelt, mit welchem die Prüfkörper abwechselnd mit zyklischer und statischer Last belastet werden. Eine Variation der Haltezeit von 25%, 50% und 75% und der Haltespannung bei Unterlast (UL), Mittellast (ML) und Oberlast (OL) lässt weitere Aussagen über die Auswirkungen zu. Neben ungekerbten (UK) Prüfkörpern wurden zudem zwei unterschiedliche Kerbradien untersucht. Neben einstufigen Blockversuchen mit R=0,1 wurden zur Untersuchung des Mittelspannungseinflusses auch Blockversuche mit R=0,5 durchgeführt. Aus den Versuchen ergibt sich eine Verschiebung der Wöhlerlinien, wobei sich bei den UK Prüfkörpern die ML (+4,0%) und die UL (+7,1%) positiv und die OL (-7,6%) negativ auswirkt. Mit zunehmendem Haltezeitanteil werden diese Auswirkungen stärker sichtbar.\newline Für die Charakterisierung der zyklischen Schädigung und der Kriechschädigung wird das Hysterese Messverfahren verwendet. Bei ML und UL kann eine Relaxation des Materials während der Haltezeiten und zyklisches Kriechen während der zyklischen Belastung beobachtet werden. Bei OL kriecht der Kunststoff während der Haltezeiten und relaxiert in den ersten Zyklen der darauffolgenden Halteblöcken. Der Mittelspannungseinfluss M steigt für UK Prüfkörper bei OL um 3,1% und sinkt bei ML um 10,4% im Vergleich zu rein zyklischen Versuchen. Die ertragbare Spannungsamplitude sinkt von R=0,1 auf R=0,5 bei Halten auf OL um 39% und bei ML um 37%. Kerben reduzieren die ertragbare Spannungsamplitude, bei ML wirken sich diese mit -17,8% bzw. -23% für scharf gekerbte (SK) bzw. sehr scharf gekerbte (SSK) Prüfkörper stärker aus als bei OL (-13,1% bzw. -16,5%). Für rein zyklische Wöhlerversuche kann bei SK Prüfkörpern (-18%) eine höhere Kerbempfindlichkeit als bei SSK Prüfkörpern (-17%) festgestellt werden. Bei Blockversuchen kann dieses Verhalten nicht mehr beobachtet werden. \newline Eine anisotrope Struktursimulation mit folgender Lebensdauerberechnung ergibt für rein zyklische Versuche eine gute Annäherung. Blockversuche können durch fehlende Schädigungsmodelle noch nicht berechnet werden.

KW - Kunststoffe

KW - Materialverhalten

KW - glasfaserverstärkt

KW - Viskoelastizität

KW - Schwingfestigkeit

KW - Kriechen

KW - Relaxieren

KW - Blockversuche

KW - Kerbeinfluss

KW - Mittelspannungseinfluss

KW - Polypropylen

KW - PP

KW - Plastic

KW - Material behavior

KW - short glass fibre reinforced

KW - Viscoalasticity

KW - Fatigue strength

KW - Creep

KW - Relaxation

KW - Block tests

KW - Notch influence

KW - Mean stress influence

KW - Polypropelene

KW - PP

M3 - Masterarbeit

ER -