Modellierung des Versagensverhaltens von faserverstärkten Thermoplasten für die Crashsimulation

Ausgangspunkt der Arbeit bildeten vorangegangene makroskopische und mikroskopische experimentelle Untersuchungen an PP GF30. Diese zeigten zum einen, dass die Energieaufnahme bis zum Versagen von LFT mit der Dehnrate steigt. Zum anderen wurde auch ein steigendes plastisch verformtes Volumen nachgewiesen. Deshalb wurde die Hypothese aufgestellt, dass die Verzerrungsenergie normiert auf das plastisch verformte Volumen zum Zeitpunkt des Versagens für alle Dehnraten und Belastungstypen konstant ist. Zur Überprüfung dessen wurde in dieser Forschungsarbeit zuerst das dehnratenabhängige Versagensverhalten von LFT in Komponenten-Simulationen modelliert. Einfach gehaltene repräsentative Volumenelemente (RVE) dienten dazu mögliche Mechanismen getrennt voneinander zu untersuchen, die zu dem beobachteten dehnratenabhängigen verformten Volumen führen konnten. Hier wurde die dehnratenabhängige Ablösung von Faser und Matrix als der entscheidende Mechanismus identifiziert. Im Vergleich mit den Mikrozugversuchen und auf Basis der realen Faserorientierung konnte dies validiert werden. Darauf aufbauend wurde ein auf Mikromechanismen basiertes homogenisiertes Versagensmodell zur Beschreibung von LFT für die FEM-Simulationen entwickelt. Mittels der Eshelby-Lösung und Erweiterungen für die Faserinteraktion, plastischer Verformungen in der Matrix und Faser-Matrix-Ablösung wurde das verformte Volumen abgeschätzt. Die Validierung erfolgte hier anhand makroskopischer Proben- und Bauteilexperimente. Es konnte eine gute Übereinstimmung erzielt werden, sodass es nun möglich ist das dehnratenabhängige Versagen mit extrem wenigen Parametern zu beschreiben durch eine dehnratenunabhängige Verzerrungsenergie-Dichte.