Entwicklung eines einfachen numerischen Bemessungswerkzeuges zur Bewertung mehraxial beanspruchter kurzfaserverstärkter Kunststoffe

Für eine gezielte und wirtschaftliche Bauteilauslegung sind umfassende Kenntnisse über werkstoff- und bauteilgebundene Festigkeitseigenschaften erforderlich. Bei faserverstärktem Kunststoff spielt dabei Faserorientierung, Faservolumengehalt sowie Herstellungsart und - qualität des Bauteils eine wichtige Rolle. Für die Bemessung von schwingend belasteten Bauteilen gilt es, weitere Einflussfaktoren zu untersuchen. So müssen neben der Kerbwirkung und den Temperaturbedingungen auch Winflussgrößen wie Mittelspannungen untersucht werden. Je nach Vorzeichen und Höhe der statischen (Vor)Last wird die Schwingfestigkeit teilweise erheblich beeinflusst. Des Weiteren ist im Allgemeinen im Bauteil lokal nicht nur mit uniaxialer Schwingbeanspruchung bzw. Beanspruchung bei speziellen, in Probenversuchen, experimentell untersuchten, Beanspruchungsrichtungen und Amplitudenverhältnissen zu rechnen. Diesen beliebigen mehrachsigen Spannungszuständen gilt bei der betriebsfesten Bauteilauslegung besonderes Augenmerk. Bei faserverstärkten Kunststoffen stellt aufgrund der Anisotropie des Materials der mahrachsige Spannungszustand eine besondere Herausforderung dar, da einerseits nicht nur multiaxiale, sondern auch uniaxiale äußere Schwingbelastung zu multiaxialer örtlicher Schwingbeanspruchung führt, andererseits die Festigkeit des Materials in den verschiedenen Beanspruchungsrichtungen unterschiedlich hoch ausfällt. In diesem Artikel wird ein erstes numerisches Bemessungsverfahren für hochbelastete kurzfaserverstärkte Kunststoffbauteile vorgestellt, das für diese Problemstellung, mehraxiale Schwingbeanspruchung leicht anisotroper Materialien unter Berücksichtigung unterschiedlcih hoher Vorspannungen, entwickelt wurde. Auf Basis der Ergebnisse solcher Untersuchungen kann mit Hilfe des vorgestellten Bemessungskonzeptes eine Schadensakkumulation bei realer Schwingbelastung, d.h. mit variabler Amplitude, durchgeführt werden.