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Faculty / Organisational entity
Die Verwendung von Sheet-Molding-Compounds (SMCs) unter dauerhaft wirkenden
statischen Lasten und erhöhten Temperaturen lässt die Frage nach der Materialkriechneigung
aufkommen. Während der Kriecheffekt bisher viel Aufmerksamkeit im thermoplastischen
Polymerbereich erhielt, zeigt diese Arbeit auf, dass auch duroplastische,
wirrfaserverstärkte Matrixsysteme von dem Phänomen in kritischen Größenordnungen
betroffen sein können. Es wurden Kriechuntersuchungen an einem glas- und einem
carbonfaserverstärkten SMC durchgeführt. Die Untersuchungen wurden bei einer
Temperatur von 120 °C durchgeführt, welche von einer möglichen Anwendung in einem
E-Motor herrührt. Die Charakterisierung des Kriechens in der Faserebene zeigte
die Schwierigkeit einer zuverlässigen Kriechversagensvorhersage bei der Beanspruchung
in der Faserebene auf. Kriechdehnungsverläufe zeigen deutliche Unterschiede
bei Beanspruchung auf Zug und Druck bei den vorgestellten Wirrfasermaterialien.
Gängige FE- (Finite Elemente) Anwendungen sind, wie Untersuchungen in dieser Arbeit
feststellen, über Standardverfahren nicht in der Lage, zuverlässige Kriechvorhersagen
von Faserkunststoffverbundbauteilen bei einer Mischbeanspruchung vorherzusagen.
Es wurden mögliche Implementierungsansätze für FE-Programme vorgeschlagen,
um eine beschriebene Kriechvorhersage zu bewerkstelligen.
Es wurde jedoch herausgefunden, dass die isotrope Kriechmodellierung, welche in
gängigen FE-Programmen bereits implementiert ist, bei uniaxialem Spannungszustand
im eigentlich anisotropen SMC-Material verwendbar ist. Ein solcher uniaxialer
Spannungszustand mit relevantem Anwendungsszenario ist beispielsweise bei Verschraubungen
vorhanden. Die Druckbeanspruchung im Faserkunststoffverbundmaterial
durch die Schraubenvorspannkraft führt zu einem Kriechen in Dickenrichtung. Die
Charakterisierung des Kriechens in Dickenrichtung ermöglichte die zuverlässige Vorhersage,
der über die Zeit schwindenden Vorspannkraft von verschraubten SMC-Testplatten.
Vorteilhaft ist hier, für die künftige Auslegung von verschraubten SMC-Verbindungselementen,
dass die Kriechuntersuchungen für die verwendete Materialkarte in
der Simulation vergleichbar geringen Versuchsaufwand benötigen. Die Messung kann
in einer Universalprüfmaschine durchgeführt werden. Die Basis für die Kriechmessdaten
bildeten zwei Druckversuche an gestackten Coupons über einen Zeitraum von je
84 h.Die Extrapolation dieser Messdaten ermöglicht eine zuverlässige Schraubenkraftvorhersage für Zeiten von (mindestens) 1000 h. Die Kriechmessdaten
wurden mit dem Norton-Bailey-Kriechgesetz approximiert. Das Norton-Bailey-Kriechgesetz
ist standardmäßig in allen gängigen FE-Programmen verwendbar, was dem
Anwender eine einfache Berechnung ermöglicht.