TY - BOOK

T1 - Modellentwicklungen zur betriebsfesten Auslegung von Strukturbauteilen aus glasfaserverstärkten Thermoplasten im Motorraum

AU - Mösenbacher, Andreas

N1 - nicht gesperrt

PY - 2014

Y1 - 2014

N2 - 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.

AB - 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.

KW - short glass fibre reinforced

KW - thermoplastic

KW - polyamide

KW - polyphthalamide

KW - polyetherimide

KW - fatigue

KW - stress

KW - strain

KW - creep

KW - temperature

KW - fibre orientation

KW - notch

KW - support effect

KW - ageing

KW - coolant

KW - waste oil

KW - model

KW - parameterized areasinus hyperbolicus

KW - anisotropic stress simulation

KW - kurzglasfaserverstärkt

KW - Thermoplaste

KW - Polyamid

KW - Polyphthalamid

KW - Polyetherimid

KW - Ermüdung

KW - Spannung

KW - Dehnung

KW - Kriechen

KW - Temperatur

KW - Faserorientierung

KW - Kerbe

KW - Stützwirkung

KW - Alterung

KW - Kühlmedium

KW - Altöl

KW - Modell

KW - parametrisierter Areasinus Hyperbolicus

KW - anisotrope Spannungssimulation

M3 - Dissertation

ER -