Experimentelle und numerische Untersuchungen zum Crashverhalten von Strukturbauteilen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen

Eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz von Strukturbauteilen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) im Fahrzeugbau ist die FÄhigkeit zur Prognose des Crashverhaltens bereits während des Entwicklungsprozesses. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Simulation des Werkstoffverhaltens entwickelt und in einem expliziten Finiten Elemente Programm implementiert. Die Basis bilden experimentelle Untersuchungen: Zug- und Druckversuche an 0-Grad/90-Grad sowie +/- Laminaten, zyklische Versuche zur Schädigungsentwicklung sowie Delaminationsexperimente an einer eigens entwickelten Versuchsapparatur für dynamische ein- und mehrmodale-Rissanalysen (DCB, MMB). Im entwickelten Simulationsverfahren wird das Laminat mit Volumenelementen modelliert. Das Materialverhalten wird orthotrop elastisch mit einem anisotropen Schädigungsmodell abgebildet. Delamination wird durch Adaptivität der Netzopologie (Knotenteilung bei Erreichen einer kritischen Bruchenergie) realisiert. Der Vergleich von Crasversuchen an WInkel- und Hohlprofilen mit Simulationen zeigt, dass das entwickelte Modell das charakteristische Versagensverhalten unter Impakt qualitativ (Versagensmodi) und quantitativ (Kraftverlauf) reproduziert und der Einfluss von Bauteilgeometrie und Lagenaufbau prognostizierbar ist.