Accessible Requires Authentication Published by De Gruyter October 10, 2018

Einsatz wirrfaserverstärkter Duroplaste in thermomechanisch belasteten Strukturbauteilen im Fahrzeugbau

Application of carbon-reinforced thermosets in thermomechanically loaded vehicle components
René Treffler, Thomas Dick, Elisabeth Ladstätter and Jürgen Fröschl
From the journal Materials Testing

Kurzfassung

Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen zeigen faserverstärkte Kunststoffe auch bei einfachen uniaxialen Beanspruchungen ein komplexes viskoelastisches Materialverhalten. Die Werkstoffmodelle sind schwer übertragbar und nur für eng eingeschränkte Werkstoffgruppen gültig. Der vorliegende Beitrag analysiert daher anhand von experimentellen Untersuchungen (Zug, Kriech-Erholung, Wöhler Tests) das mechanische Verhalten von carbonfaserverstärkten Sheet Molding Compounds (CF-SMC) in Abhängigkeit von Temperatur, Probendicke und zahlreichen weiteren Einflussfaktoren. Darüber hinaus wird der Fokus auf die Beschreibung des Schwingfestigkeitsverhaltens unter Berücksichtigung der Steifigkeitsdegradation gelegt. Auf Basis umfangreicher Prüfergebnisse werden unterschiedliche Ansätze zur Werkstoffmodellierung vorgestellt und diskutiert.

Abstract

Fibre-reinforced plastics exhibit a complex viscoelastic material behavior even under uniaxial loads compared to metallic materials. Existing material models are mostly not transferable and only valid for a limited group of materials. In this paper, the mechanical behavior (static, cyclic, creep) of carbon fiber-reinforced sheet molding compounds (CF-SMC) is analyzed on the basis of experimental studies at various temperatures, sample thicknesses and further factors of influence. Furthermore, the main focus of this research project is the description of the fatigue behavior considering the stiffness degradation of the material. Based on extensive test results different approaches for material models are proposed and discussed.


*Korrespondenzadresse, Dipl.-Ing. (Univ.) René Treffler, Dr. mont. Jürgen Fröschl, BMW Group, Parkring 17-19, 85748 Garching, Deutschland. E-mail:
** Dr. mont. Elisabeth Ladstätter, Lehrstuhl für Carbon Composites, TU München, Boltzmannstr. 15, 85748 Garching, Deutschland

Dipl.-Ing. Univ. René Treffler, geboren 1987, studierte Maschinenwesen an der Technischen Universität München (TUM) mit den Vertiefungsrichtungen Fahrzeugtechnik und Verbrennungsmotoren. Seit 2013 ist er Teilnehmer des Doktorandenprogramms der BMW Group und promoviert am Lehrstuhl für Carbon Composites der TUM zum Thema „Modellierung des mechanischen Verhaltens wirrfaserverstärkter Kunststoffe“.

Dr. Thomas Dick, geboren 1976, studierte Werkstoffwissenschaften an der Montanuniversität Leoben sowie Technologie der Luft- und Raumfahrt / Verbundwerkstoffe an der Staatlichen Technischen Universität Moskau „N. E. Bauman“. Er promovierte in „Computational Material Science“ an der École des Mines de Paris. Er betreibt ein Labor für Werkstoffcharakterisierung und Simulation (tortuetec GmbH, Wien) und entwickelt Versuchs- und Simulationsme-thoden und wendet sie auf industrielle Prozesse und Produkte an.

Frau Dr. Elisabeth Ladstätter, geb. 1972, hat Kunststofftechnik studiert und auf dem Gebiet des Langzeitverhaltens von Faserverbundwerkstoffen promoviert. Sie war im Bereich der Forschung & Entwicklung in verschiedensten Positionen in der Automobil- und Luftfahrtbranche tätig und ist derzeit Mitglied der Lehrstuhlleitung des Lehrstuhls für Carbon Composites der Technischen Universität München (TUM) am Forschungscampus in Garching.

Dr. mont. Jürgen Fröschl, geboren 1976, studierte Maschinenbau an der Technischen Universität Wien und promovierte 2006 am Christian-Doppler Laboratorium für Betriebsfestigkeit der Montanuniversität Leoben, Österreich. Von 2008 bis 2012 war er als Projektleiter, Betriebsfestigkeitsexperte und Leiter der Abteilung für Festigkeit, Berechnung, Methodenentwicklung der IABG mbH in Ottobrunn, Deutschland, tätig. Seit September 2012 leitet er die Abteilung „Leichtbau Antrieb“ in der Antriebsforschung der BMW Group.


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Online erschienen: 2018-10-10
Erschienen im Druck: 2016-07-15

© 2016, Carl Hanser Verlag, München