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Vortrag

Optimierung der formschlüssigen Verbindung zwischen CFK- und Thermoplast im CFK-Metall-Hybrid

Mittwoch (18.04.2018)
11:00 - 11:20 Uhr

11:00 - 11:20 Uhr

Beitrag wird eine Simulationsstudie zur Untersuchung des Einflusses von Strukturelementen in der Grenzfläche von (thermoplastischen) Kunststoffen und CFK. Die Untersuchungen finden Anwendung im Zuge der Entwicklung und Optimierung einer CFK-Metall-Hybridverbindung bestehend aus einem metallischen Einleger, welcher im Spritzgießprozess mit einer Thermoplasthülle umspritzt und in den CFK-Lagen eingebettet ist. Basierend auf experimentellen Untersuchungen des Einflusses von Oberflächenstrukturierungen in der Thermoplasthülle auf die Grenzflächenanhaftung werden Simulationsmodelle aufgezeigt sowie Strukturelemente untersucht und mit Hilfe innovativer Visualisierungskonzepte ausgewertet.

Bei dem betrachteten Bauteil handelt es sich um einen im Stanzprozess gefertigten und mit Kunststoff umspritzten Metalleinleger in einer CFK-Schale. Die Fügung des Einlegers mit dem CFK geschieht intrinsisch im RTM-Prozess. Die thermoplastische Komponente des CFK-Metall-Hybrids fungiert als strukturelle Zwischenschicht und ermöglicht eine materialgerechte Gestaltung sowie großserientaugliche Fertigung des Verbundes. Der Spritzgießprozess ermöglicht eine schnelle und einfache Strukturierung der Oberfläche des Kunststoffs zur maximalen Ausgestaltung der Anbindung zwischen Insert und CFK und dadurch zur Erhöhung der Verbindungsfestigkeit. In experimentellen Untersuchungen konnte bereits gezeigt werden, dass die Strukturierung der Grenzflächen zur Erhöhung der Festigkeit führt.

Mittels FEM-Simulationen wird im Rahmen der Auslegung die Struktur der Grenzfläche variiert und der Einfluss von Strukturelementen untersucht. Dabei liegt der Fokus auf der Optimierung der formschlüssigen Anbindung des CFKs und der Thermoplasthülle unter Berücksichtigung verschiedener im Bauteil auftretender Lastfälle. Die experimentelle Untersuchungen zeigten besonders Schubbeanspruchungen in den Grenzflächen als maßgebliche Schadens- und Versagenskriterien der Anbindung.

Bei der Auswertung der FEM-Simulationen werden spezielle/innovative Visualisierungsmethoden zur Darstellung von Kraftflüssen und Tensorlinien angewendet, mit deren Hilfe eine optimierte Strukturierung für das stark anisotropischen Materialverhalten des CFKs hergeleitet wird.

Sprecher/Referent:
Fabian Günther
Technische Universität Dortmund
Weitere Autoren/Referenten:
  • Markus Pohl
    Technische Universität Dortmund
  • Vanessa Kretschmar
    Universität Leipzig/Technische Universität Dortmund
  • Prof. Dr. Markus Stommel
    Technische Universität Dortmund
  • Prof. Dr. Gerik Scheuermann
    Universität Leipzig