Macroscopic transition structures for a graded transition of properties in hybrid metal/polymer compounds - MÜGRA

用于混合金属/聚合物化合物性能分级转变的宏观转变结构 - MàGRA

基本信息

项目摘要

The aim of the project "Macroscopic transition structures for a graded transition of properties in hybrid metal/polymer compounds" is the load-capable design of the metal/polymer interface in injection moulding of fibre-reinforced thermoplastics by means of variable metal structures. Due to the novel design of the transition zone in the range of the macroscopic scale, significantly higher mechanical loads of the material compound are possible. The main goal is to achieve a graded transition between the sheet metal and the polymer component by the use of transition structures. The graded geometric design of a permeable structure of wire spirals or machined cell structures should result in a graded transition of properties. A further focus is on the variable design of the transition structures in order to transmit forces for different load types. The material-physical modelling of the regularly arranged structures should form the basis for the simulation of the material compound behaviour in the transition area. The new findings of the material compound behaviour are elaborated on the material system made of galvanized steel sheet and short fibre reinforced polyamide. In order to join the transition structures to the metal component, joining processes are further developed, which allow an efficient application and high load capacity. In particular, the zinc layer on the steel sheet is used for joining the transition structures. The hybrid material compounds are produced by insert moulding the permeable transition structures. The aim is to examine the behaviour of highly viscous short-fibre-reinforced thermoplastic melts when passing through complex geometrical obstacles. The investigations are carried out experimentally and numerically, by fluid-structure interaction of CFD and FEM simulation. New knowledge is created about the shrinkage behaviour of (fibre-reinforced) thermoplastics in permeable structures as well as the alignment behaviour of the short fibre reinforcement as a result of flow through the structures depending on permeability and process technology parameters. The processes are examined systematically and improved iteratively. A significant improvement of the adhesion behaviour is expected in comparison with the form fit elements known from the state of the art.The actual occurring stresses in a metal/polymer hybrid component are characterised by complex superimposed stress states of the individual components. The resulting mechanical properties of the material system metal/transition structure/polymer are determined by suitable test specimen.
该项目“用于混合金属/聚合物化合物中特性分级过渡的宏观过渡结构”的目的是通过可变金属结构的方式对金属/聚合物界面的负载设计。由于宏观尺度范围内的过渡区的新设计,材料化合物的机械载荷明显更高。主要目标是通过使用过渡结构实现钣金与聚合物组件之间的分级过渡。电线螺旋或机加工细胞结构的可渗透结构的渐变几何设计应导致特性的分级过渡。进一步的重点是过渡结构的变量设计,以便为不同的负载类型传输力。定期布置结构的物质 - 物理模型应构成模拟过渡区域材料复合行为的基础。材料复合行为的新发现是在由镀锌钢板和短纤维增强聚酰胺制成的材料系统上详细阐述的。为了将过渡结构加入金属组件,进一步开发了连接过程,从而允许有效的应用和高负载能力。特别是,钢板上的锌层用于连接过渡结构。杂交物质化合物是通过插入可渗透过渡结构的成型来产生的。目的是检查高度粘性短纤维增强的热塑性熔体的行为,当时经过复杂的几何障碍物。通过CFD和FEM模拟的流体结构相互作用在实验和数值上进行研究。关于可渗透结构中(纤维增强)热塑性塑料(纤维增强)热塑性的收缩行为以及短纤维增强的比对行为的新知识,这是根据渗透率和过程技术参数的流动而导致的。这些过程是系统地和迭代进行改进的。与从艺术状态知道的形式拟合元件相比,预计粘附行为的显着改善。金属/聚合物混合成分中的实际应力的特征是单个组件的复杂叠加应力状态。材料系统金属/过渡结构/聚合物的所得机械性能由合适的测试样品确定。

项目成果

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