Geflochtene FVK-Crashstrukturen

Beschreibung des Verhaltens crashbelasteter Strukturen aus textilverstärkten Kunststoffen

Automobile Strukturbauteile werden zunehmend aus Faserverbundkunststoffen (FVK) hergestellt. Neben dem Potenzial, Gewicht einzusparen, bieten FVK-Crashstrukturen gegenüber metallischen Bauweisen ein überlegenes Energieabsorptionsverhalten. Besonders geflochtene Strukturen sind aufgrund des überdurchschnittlichen Energieabsorptionsvermögens als Basis für FVK-Crashstrukturen gut geeignet. Die Flechttechnologie ermöglicht eine automatisierte Fertigung komplexer, endkonturnaher und beanspruchungsgerecht verstärkter Strukturen in kurzen Zykluszeiten.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die grundlegende Beschreibung der strukturmechanischen Eigenschaften von geflochtenen FVK und deren simulative Abbildung mittels der FEM. Aktuelle Defizite der Simulation geflochtener FVK-Strukturen sind die unzureichenden Vorhersagen des Materialverhaltens. Daneben liegen detaillierte Untersuchungen des Einflusses von Fasermaterial, Faserorientierung sowie der Interaktion von Faser und Matrix auf das Energieabsorptionsverhalten bzw. auf die Crash-Eigenschaften derartiger Strukturen derzeit nicht vor. In Vorarbeiten wurde festgestellt, dass der Einfluss von Flecht- und Stehfäden auf das Energieabsorptionsvermögen nach derzeitigem Kenntnisstand nicht vollständig beschreibbar ist.

In diesem Forschungsvorhaben werden Prüfverfahren zur Beschreibung des Werkstoffverhaltens von geflochtenen FVK-Strukturen entwickelt, um daraus die notwendigen Werkstoffkennwerte zu ermitteln. Dazu wird das Versagensverhalten geflochtener FVK zunächst theoretisch betrachtet, um geeignete Prüfverfahren auszuwählen und anzupassen. Die so ermittelten Werkstoffkennwerte ermöglichen die Entwicklung einer Modellierung für die Finite-Elemente-Methode. Die Modellierung beinhaltet sowohl ein geeignetes Materialmodell für die Geflechtstruktur als auch einen Modellierungsansatz zur Darstellung der Delamination. Die Ergebnisse der Versuche und Simulation dienen dem Aufbau eines Daten- und Auslegungstools. Zukünftig können Strukturen so im Vorfeld an den realen Belastungsfall angepasst und ihr Versagensmechanismus dargestellt werden.