Kerbspannungsanalyse nietgefügter Faserverbund-/Metallkomponenten bei mechanisch-medialer Belastung unter Berücksichtigung der Werkstoffanisotropie

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Der Leichtbau mit faserverstärkten Kunststoffen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber den konventionellen Bauweisen und führt zu erheblicher Gewichtsreduktion. Zur Übertragung der hohen Kräfte in die Leichtbaustruktur aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) sind metallische Lasteinleitungskomponenten und zugehörige Fügetechnologie bereitzustellen, wobei den Nietverbindungen mit Metallen aufgrund der schnellen und kosteneffizienten Fertigung ein hoher Stellenwert zukommt. In der Fügezone selbst herrschen infolge der Konturunstetigkeit und der FKV-Anisotropie komplexe Spannungszustände, die bei dynamischer und medialer Belastung von einer Vielzahl werkstoff- und lastspezifischer Einflussfaktoren abhängig sind. Vor allem im Automobilbau und Schienenfahrzeugbau ist das dynamische Strukturverhalten der Fügezone bei Einwirkung korrosiver Medien für die Auslegung von Leichtbaukomponenten in Mischbauweise von besonderem Interesse. Im Rahmen des geplanten Teilprojektes soll daher auf Basis einer vertieften Kerbspannungsanalyse von anisotrop verstärkten Verbunden eine physikalische Beschreibung des Strukturverhaltens von Metall/FKV-Fügeverbindungen bei mechanisch-medialer Belastung vorgenommen werden. Zur Entwicklung der Berechnungsmodelle kommen die bereits bei Faserverbundstrukturen bewährten Verfahren der komplexwertigen Spannungsfunktionen in Kombination mit „lokalen“ Festigkeitskriterien zum Einsatz. Die Verfeinerung der analytisch basierten Berechnungsmodelle und die Ermittlung der erforderlichen Freiparameter erfolgt auf Grundlage der experimentellen Untersuchungen, die in den grundlagen- und anwendungsorientierten Projekten des Clustervorhabens durchgeführt werden. Die erarbeiteten Berechnungsmethoden und Degradationsmodelle bilden eine wesentliche Grundlage zur Erstellung von Bewertungskriterien und Dimensionierungsrichtlinien für Nietverbindungen in Mischbauweise.