Modellierung von effektiven Eigenschaften und von Umformvorgängen hybrider Schichtverbunde

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Hybridlaminate vereinen die Eigenschaften von Metallen und faserverstärkten Polymeren. Damit diese Materialien in der Anwendung zum Einsatz gelangen, müssen ihre Eigenschaften theoretisch verstanden sein, und es muss Modelle geben, mit denen das mechanische Verhalten von Bauteilen aus diesen Materialien verlässlich prognostiziert werden kann. Im vorliegenden Projekt wird ein Modell für ein Laminat aus Metall (Titan, Aluminium) und kohlefaserverstärktem Polymer (Polyetheretherketon – PEEK, Polyamid - PA) entwickelt. Im Sinn eines dreidimensionalen Kontinuums wird der Schichtaufbau explizit berücksichtigt. Dabei werden die inelastischen Eigenschaften der Metall- und der Polymerschichten in einem erweiterten Kontinuumsmodell um die Eigenschaften einer Grenzschicht finiter Dicke ergänzt, die sich zwischen Polymer und Metall ausbildet. Die Anisotropie, die sich aus den Kohlefasern ergibt, wird über geeignete Strukturtensoren erfasst. Die geplante dreidimensionale Modellierung gestattet es weiterhin, komplexe Spannungszustände in den Laminatschichten abzubilden, wie sie etwa nach dem Tiefziehen eines solchen Laminates oder in der Nähe von Löchern und Befestigungsstellen entstehen können. Weiterhin bietet die detaillierte Modellierung die Möglichkeit, die unterschiedlichen mikromechanischen Versagensmechanismen auch in einem makroskopischen Modell zu berücksichtigen. Als Anwendungsbeispiel für das Modellierungskonzept soll die Herstellung eines Demonstrators in einem Tiefziehprozess berechnet werden.