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Beitrag zur mikromechanischen Berechnung kurzfaserverstärkter Kunststoffe – Deformation und Versagen

Die Finite-Elemente-Methode (FEM) hat sich in den letzten Jahren als Werkzeug für die Auslegung von Konstruktionsbauteilen, ebenso wie kurzfaserverstärkte thermoplastische Kunststoffe als Konstruktionswerkstoff, fest etabliert. Im Gegensatz zum weitverbreiteten Einsatz der FEM als Werkzeug, sowie der kurzfaserverstärkten Kunststoffe als Werkstoff, sind Methoden zur effizienten Berechnung der Deformation und des Versagens dieser Verbundwerkstoffe mittels FEM nicht ausreichend entwickelt.

Im Rahmen der Arbeit wird dieser Gegensatz aufgegriffen. Es wird zunächst die prozessbedingt sich einstellende Mikrostruktur analysiert und Methoden zur analytischen Beschreibung vorgestellt. Darauf aufbauend erfolgt die Entwicklung von zwei Ansätzen zur elastisch-plastischen Modellierung kurzfaserverstärkter Kunststoffe unter expliziter Berücksichtigung der vorliegenden Mikrostruktur. Neben der Berechnung des Deformationsverhaltens steht auch das Versagensverhalten im Fokus der Arbeit. Hierzu werden, aufbauend auf die Modellierungsansätze, zwei unterschiedliche Dimensionierungsstrategien entwickelt und exemplarisch angewendet.

Die Arbeit steht im Gesamtkontext einer effizienten und verlässlichen, computergestützten Berechnung von kurzfaserverstärkten, thermoplastischen Kunststoffen. Vor diesem Hintergrund wird der Aufwand zur Kalibrierung und Umsetzung der ausgewählten Modelle und Strategien in einem entsprechenden Bewertungsschema abschließend analysiert und ausgewertet.

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 Jan-Martin Kaiser

Jan-Martin Kaiser
Lehrstuhl für Polymerwerkstoffe
Universität des Saarlandes

Informationen

Freie Schlagwörter: Effektive-Feld-Theorie, Homogenisierung, kurzfaserverstärkte Kunststoffe, Finit-Elemente-Simulation, Mori-Tanaka Materialmodell, elasto-plastisches Materialverhalten
Institut / Lehrstuhl: Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III Chemie, Pharmazie, Bio- und Werkstoffwissenschaften der Universität des Saarlandes
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Markus Stommel (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. Stefan Diebels
Erscheinungsjahr: 2013
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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