Beitrag zur Auslegung hochbeanspruchter Bauteile aus Faser-Thermoplast-Verbunden
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Beitrag zur Auslegung hochbeanspruchter Bauteile aus Faser-Thermoplast-Verbunden
DOI：
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发表时间：
2020
期刊：
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通讯作者：
Tobias Donhauser
中科院分区：
文献类型：
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作者：
Tobias Donhauser
《科学》杂志：《科学》杂志，《科学》杂志，《科学》杂志
Diese Arbeit verbessert einige Prozessschritte zur Auslegung hochbeanspruchter Bauteile aus
endlosfaserverstarkten Faser-Thermoplast-Verbunden am Beispiel von CF-PA6 Mehrschichtverbunden.
Hierzu werden neue Verfahren zur Konditionierung hygroskopischer Werkstoffe und der
Bestimmung des relativen Faservolumenanteils entwickelt, wodurch der Aufwand zur Werkstoffcharakterisierung
signifikant reduziert werden kann.
Durch Versuche an CF-PA6 Schichten wird das mechanische Verhalten des Werkstoffs hinsichtlich
dem Spannungs-Verzerrungs- und Bruchverhalten analysiert. Dazu werden speziell die Unterschiede
zu Faser-Duroplast-Verbunden durch Berechnungen auf mikromechanischer Ebene herausgearbeitet.
Zusatzlich wird der Einfluss des verwendeten Verarbeitungsverfahrens (Tapelegen) auf
die mechanischen Werkstoffkennwerte charakterisiert.
Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird eine neue Werkstoffroutine entwickelt und in ein Berechnungsprogramm
zur Analyse mechanischer Strukturen mit Hilfe der Finiten Elemente Methode
implementiert. Dadurch kann unter anderem das nichtlineare Verhalten von Faser-Thermoplast-
Verbunden unter grosen Verzerrungen und die Degradation einzelner Schichten eines Mehrschichtverbunds
abgebildet werden. Ein Vergleich der Ergebnisse von Versuchen an Mehrschichtverbunden
und der Berechnung zeigt gute Ubereinstimmung und die Leistungsfahigkeit der Routine auf Bauteilebene.
This work improves the process steps for the design of highly stressed components made of continuous
fiber-reinforced thermoplastics using as example CF-PA6 multilayer composites. For this
purpose, new methods for conditioning hygroscopic materials and determining the relative fiber
volume fraction were developed. This reduces the expense of material characterization significantly.
Tests on CF-PA6 layers are used to analyze the mechanical behavior of the material in terms of
stress-strain and fracture behavior. In particular, the differences to fiber-reinforced thermosets are
highlighted by using calculations on a micromechanical level. Additionally, the influence of the
processing method (tape laying) on the mechanical material properties is characterized.
Based on the knowledge gained, a new material routine is developed and implemented into a
calculation program for the analysis of mechanical structures using the finite element method.
Through this work it is now possible to calculate nonlinear behavior of fiber-reinforced thermoplastics
under large distortions and the degradation of individual layers of a multi-layer composite.
A comparison of experimental data with the calculation of multilayer composites shows good
agreement and the performance for the application on a component-level.