ENGINEERED – Entwicklung eines phänomenologischen Materialmodells zur simulativen Beschreibung des Nachbruchverhaltens von Verbundwerkstoffen

Es werden Testmethoden und mikromechanische Modelle zur Charakterisierung des Nachbruchverhaltens von Verbundwerkstoffen entwickelt, welches als Grundlage für die Entwicklung eines Moduls für das phänomenologische Materialmodell MF GenYld+CrachFEM zur Crashsimulation dient.

Projektpartner
MATFEM Partnerschaft Dr. Gese & Oberhofer

Laufzeit
01.10.2020 – 31.03.2022

Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Motivation
Verbundwerkstoffe verfügen mit ihrer hohen, gewichtsspezifischen Energieabsorption über vorteilhafte Crasheigenschaften. Der Einsatz als Crashstruktur in der Automobil- und Luftfahrtindustrie erfordert eine verlässliche Auslegung mittels numerischer Simulation. Aktuelle Materialmodelle erreichen jedoch nicht die notwendige Robustheit und liefern eine geringere Prognosegüte im Vergleich zur Auslegung von Metallen. Die Erschließung weiteren Leichtbaupotenzials durch Einsatz von Verbundwerkstoffen benötigt daher Modelle, welche das komplexe Versagensverhalten von Verbundwerkstoffen präzise abbilden können. Dabei stellt die Untersuchung des Nachbruchverhaltens einen entscheidenden Faktor dar, für dessen Charakterisierung zurzeit keine standardisierten Methoden existieren.

Beispiel einer Double-edge notched compressive (DENC) Probe zur Untersuchung des Versagensverhaltens eines Verbundwerkstoffes unter verschiedenen Belastungsgeschwindigkeiten (Kuhn et al.: Fracture toughness and crack resistance curves for fiber compressive failure mode in polymer composites under high rate loading. Compos Struct 2017;182:164–75.)

Vorgehen
Als Grundlage für die Entwicklung eines Modells zur simulativen Abbildung des Nachbruchverhaltens findet am TUM-LCC eine umfassende Charakterisierung des inter- und intralaminaren Materialversagens eines Glasfaserverbundes unter Berücksichtigung von Belastungsrichtung und -geschwindigkeit statt. Dabei soll ein Beitrag zur Standardisierung der Charakterisierung von Faserverbund-Crashstrukturen geleistet werden. Im Rahmen dessen wird mittels mikromechanischer Modelle das mögliche Potenzial zur Ersetzung physischer Versuche durch virtuelle Experimente und somit der Reduktion des zeit- und kostenintensiven Prüfprogramms untersucht. Das charakterisierte Nachbruchverhalten wird vom Projektpartner MATFEM als zusätzliches Modul in das Materialmodell MF GenYld+CrachFEM integriert und abschließend auf Komponentenebene validiert.

Danksagung
Der Lehrstuhl für Carbon Composites dankt dem Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) für die Förderung des Projektes ENGINEERED (Förderkennung: ZF4004330) im Rahmen des Förderprogramms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“

Ansprechpartner
Marco Tönjes, M.Sc.; Dr.-Ing. Swen Zaremba