Forschungsprojekte

Ermüdung

  • Analyse und Modellierung des Schädigungsverhaltens faserverstärkter Kunststoffe bei zyklischer Beanspruchung mit Lastrichtungsumkehr
    Gegenstand dieses Verbund-Forschungsvorhabens (ISD - Leibniz Universität Hannover, ILK - TU Dresden, IKV - RWTH Aachen, IPC - TU Hamburg-Harburg) ist die Untersuchung der auf unterschiedlichen Skalen ablaufenden Schädigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen bei Schwingbeanspruchung mit Lastrichtungsumkehr. Der Fokus liegt auf der physikalisch basierten Verallgemeinerung vorhandener Schädigungsevolutionsmodelle als essenzieller Bestandteil der Vorhersage des Ermüdungsverhaltens von faserverstärkten Bauteilen. Die Art und Ausprägung von Schädigung bei zyklischer Belastung wird, unabhängig von der betrachteten Skalenebene, vor allem von der aufgeprägten Mittelspannung und Amplitude und damit von der Orientierung des variierenden Lastvektors bezüglich der Faserrichtung bestimmt. Im Forschungsvorhaben werden hierzu die Schädigungsphänomene und das Degradationsverhalten mithilfe von zyklischen Versuchen an mikroskopischen Modellverbunden, Einzelschichten und Laminaten unter Einsatz der optischen Spannungsanalyse und der in-situ-Computertomografie eingehend analysiert. Mithilfe weiterführender numerischer Analysen auf Mikroebene werden physikalisch begründete mathematische Ansätze für das veränderliche Spannungs-Verzerrungs-Verhalten bei zyklischer Belastung mit Lastrichtungsumkehr formuliert. Die erarbeiteten mathematischen Ansätze werden in das bereits für schwellende Ermüdungsbelastung bewährte FE-basierte Ermüdungs-Schädigungs-Modell des ISD implementiert. Damit wird es möglich, die derzeitige Beschränkung der bekannten Modellansätze auf zumeist einstufige und schwellende Beanspruchungen zu überwinden und einen wesentlichen Entwicklungsschritt zu einer realistischen Lebensdaueranalyse von faserverstärkten Kunststoffen bei Betriebsbeanspruchung zu leisten.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Martin Brod, M.Sc.
    Jahr: 2015
    Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)-Projektnummer 281870175
    Laufzeit: 01.04.2016-31.10.2019
  • Modellierung und Simulation des Ermüdungsschädigungsverhaltens von faserverstärkten Kunststoffen unter variabler zyklischer Blockbeanspruchung
    Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die Erweiterung und Anwendung eines progressiven Ermüdungsschädigungsmodells für unidirektionale mehrschichtige Faser-Kunststoff-Verbunde zur Schädigungsanalyse unter variablen zyklischen Blockbeanspruchungsmustern. Der Fokus liegt dabei auf der Erarbeitung von Schädigungsevolutionsgesetzen zur präzisen Voraussage der Degradation von Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften in Abhängigkeit der Lastrichtung und des Spannungsniveaus. Neben dem Einfluss von Lastreihenfolgeeffekten, sollen insbesondere die Auswirkungen von passiven Schädigungseffekten, die unter kombinierter zyklischer Zug- und Druckbeanspruchung auftreten, berücksichtigt werden. Das erweiterte Ermüdungsschädigungsmodell soll abschließend an einem Rumpfstruktursegment eines zukünftigen Passagierflugzeugs zur Ermüdungsanalyse eingesetzt werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Martin Brod
    Jahr: 2020
    Förderung: Internes Projekt
    Laufzeit: seit 2020

Materialmodellierung

  • Modellierung und Simulation des Ermüdungsschädigungsverhaltens von faserverstärkten Kunststoffen unter variabler zyklischer Blockbeanspruchung
    Gegenstand dieses Forschungsvorhabens ist die Erweiterung und Anwendung eines progressiven Ermüdungsschädigungsmodells für unidirektionale mehrschichtige Faser-Kunststoff-Verbunde zur Schädigungsanalyse unter variablen zyklischen Blockbeanspruchungsmustern. Der Fokus liegt dabei auf der Erarbeitung von Schädigungsevolutionsgesetzen zur präzisen Voraussage der Degradation von Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften in Abhängigkeit der Lastrichtung und des Spannungsniveaus. Neben dem Einfluss von Lastreihenfolgeeffekten, sollen insbesondere die Auswirkungen von passiven Schädigungseffekten, die unter kombinierter zyklischer Zug- und Druckbeanspruchung auftreten, berücksichtigt werden. Das erweiterte Ermüdungsschädigungsmodell soll abschließend an einem Rumpfstruktursegment eines zukünftigen Passagierflugzeugs zur Ermüdungsanalyse eingesetzt werden.
    Leitung: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Martin Brod
    Jahr: 2020
    Förderung: Internes Projekt
    Laufzeit: seit 2020