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Crash-loaded structural components: Efficient lightweight design through intrinsic hybridization

Presentation held at 23rd Internationales Dresdner Leichtbausymposium, 28th June 2019, Dresden
Crashbelastete Strukturbauteile: Effizienter Leichtbau durch intrinsische Hybridisierung
 
: Riemer, Matthias; Kießling, Robert; Dittes, Axel; Schwöbel, Stephan-Daniel; Scharf, Ingolf; Scholze, Mario; Böhme, M.; Drossel, Welf-Guntram; Ihlemann, Jörn; Lampke, Thomas; Wagner, Martin F.-X.

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Präsentation urn:nbn:de:0011-n-5592607 (2.4 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 13e60eebe243c79a799d383510611371
Erstellt am: 27.9.2019


2019, 23 Folien
Internationales Dresdner Leichtbausymposium <23, 2019, Dresden>
Englisch
Vortrag, Elektronische Publikation
Fraunhofer IWU ()
intrinsische Hybridverbunde; crash; Strukturbauteil

Abstract
Durch den Einsatz von hybriden Bauteilen kann im Vergleich zu monolithischen Bauteilen eine wesentliche Verbesserung der Bauteileigenschaften erzielt werden. Beispielsweise können durch eine Kombination von hochbelastbaren faserverstärkten Kunstoffen (FKV) mit duktilen Metallen Bauteile mit einer hohen Belastungsfähigkeit, einer hohen Energiedissipation im Crashfall und einem geringem Einsatzgewicht hergestellt werden. Grundvoraussetzung für den breiten Einsatz dieser Hybridverbunde sind jedoch effiziente Auslegungs- und Fertigungskonzepte. Im Rahmen dieses Beitrags wird ein, hinsichtlich Crashbeanspruchung optimierter, Hybridverbund vorgestellt, der mit einem neuartigen intrinsischen Fertigungsprozess herstellbar ist. Formgebung und Hybridisierung erfolgen dabei in nur einem Prozessschritt. Die mechanischen Eigenschaften des Hybridverbundes sind insbesondere von der Grenzfläche zwischen den Verbundkomponenten abhängig. Bei dem vorgestellten Verbundkonzept wird eine Kombination aus makroskopischem Formschluss und Stoffschluss eingesetzt. Um eine chemische Anbindung zwischen der thermoplastischen FKV-Matrix und dem Metall zu realisieren, wird der metallischen Einleger mit einem organisch-modifizierten Silikat beschichtet. Dieses schützt das Metallsubstrat vor Kontaktkorrosion und steigert zusätzlich die Haftfestigkeit. Zur Realisierung des Formschlusses wird ein innovativer, metallischer Einleger eingesetzt. Aufgrund seiner geometrischen Gestalt führt eine Zugbelastung zur Ausbildung von out-of-plane Deformationen, die das Aufrichten und Verankern von Formschlusselementen in den umgebenden FKV bewirken. Die eigentliche Bauteilauslegung erfolgt simulativ unter Berücksichtigung der Fertigungseinflüsse. Um in diesem Zusammenhang das komplexe Materialverhalten der Verbundkomponenten abzubilden, werden auf der Basis von rheologischen Verschaltungen nichtlineare Materialmodelle für große Deformationen entwickelt. Zusätzlich wird die durch die Fertigung beeinflusste innere und äußere Geometrie der resultierenden Bauteile nachgebildet. Eine simulative Variation der Fertigungsparameter innerhalb der Finite-Elemente-Berechnungen ermöglicht es, Anforderungen an die Prozessführung abzuleiten. Das dehnratenabhängige Verformungsverhalten des Hybridverbundes wird des Weiteren in geeigneten Prüfaufbauten wie einem Split-Hopkinson-Pressure-Bar untersucht. Im Vordergrund steht dabei die Entwicklung entsprechender Probengeometrien, die eine hochdynamische Scherbelastung im Interface ermöglichen - mit dem Ziel - dieses für den Einsatz zu optimieren. Durch das Zusammenwirken der verschiedenen Kompetenzen auf dem Gebiet der Produktion, der Mechanik und der Werkstofftechnik gelingt es somit ein Bauteil zu konzeptionieren und zu entwickeln, welches sich durch einen effizienten Leichtbau auszeichnet.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-559260.html