Adaptive Verbundbauteile aus faserverstärktem Kunststoff und Formgedächtnislegierung

Im Bundesexzellenzclusters EXC1075 "MERGE" wird unter anderem die Integration von Formgedächtnislegierungen (FGL) in thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) untersucht, um adaptive Verbundbauteile zu entwickeln und damit dem steigenden Anspruch an Leichtbaustrukturen in Hinsicht auf serientaugliche Multifunktionalität zu begegnen. Neben der Suche nach einem geeigneten Wirkmechanismus stehen die Charakterisierung der Materialkomponenten einzeln und im Verbund sowie die Fertigungstechnologie und Sensor-/Aktorintegration im Fokus. Der Wirkmechanismus basiert auf dem Materialverhalten der thermischen Formgedächtnislegierung NiTi und ist entscheidend von der Einarbeitung der FGL und der eingesetzten Kunststoffmatrix abhängig. Dementsprechend werden Grenzflächenuntersuchungen unter Variation verschiedener Einflussparameter durchgeführt. Bei der Charakterisierung aller Materialien ist zusätzlich zu den statisch physikalischen Parametern das zyklische Verhalten von Interesse, um auch anwendungsnahen Einsatzkriterien gerecht zu werden. Da sich die FGL über das temperatur- und belastungsabhängige ohmsche Widerstandsverhalten auch als Sensor einsetzen lassen, erfolgen Untersuchungen, um dieses komplexe Materialverhalten auszunutzen. Zur thermischen Aktivierung des Aktormaterials auf Basis der jouleschen Wärme erfolgt die Bestimmung der erforderlichen elektrischen Leistung über eine Energiebilanz. Zur Beschreibung der strukturmechanischen Zusammenhänge dient ein Simulationsmodell, das durch Orthotropie (FKV), Nichtlinearität (FGL) und die Wechselwirkung der unterschiedlichen Materialien gekennzeichnet ist. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll ein Funktionsdemonstrator entstehen, dessen Verhalten gezielt ausgelegt und simuliert werden kann und dessen Fertigungstechnologie eine industrielle Herstellung ermöglicht.