IKV: Neue Software ALAN berechnet Laminate

Der Leichtbau spielt eine zunehmend wichtige Rolle nicht nur im Bereich der Luft- und Raumfahrt, sondern auch im Fahrzeug-, Anlagen- und Maschinenbau. Insbesondere beim Einsatz von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) gelingt es, gewichtsreduzierte Bauteile in Verbindung mit einem beanspruchungsgerechten Design zu realisieren. Möglich wird dies durch die hohen Festigkeiten und Steifigkeiten von FVK bei gleichzeitig geringer Dichte.

Um das Leichtbaupotenzial dieses Werkstoffs möglichst optimal auszunutzen, ist eine realitätsnahe Vorhersage des Steifigkeits- und Festigkeitsverhaltens von FVK notwendig. Im Vergleich zu Metallen gestaltet sich die Berechnung von FVK allerdings ungleich aufwändiger. Eine Ursache für die komplexe Berechnung ist das sogenannte sukzessive Bruchgeschehen. Dabei führen auftretende Zwischenfaserbrüche zu nichtlinearen Spannungs/Verzerrungs-Beziehungen, bevor es zum endgültigen Versagen kommt.

Forschungsprojekt abgeschlossen
Am Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Aachen wurde dazu aktuell ein Forschungsprojekt mit dem Titel "Entwicklung eines Berechnungsverfahrens zur realitätsnahen Laminatberechnung mit Berücksichtigung von Zwischenfaserbrüchen" abgeschlossen. In diesem Projekt wurde eine Software namens ALAN (Advanced Laminate Analysis) entwickelt, welche die Auswirkungen von Zwischenfaserbrüchen sowie weitere werkstoffspezifische Phänomene berücksichtigt. Diese sind z. B. das degressive Spannungs/Dehnungs-Verhalten bei Querdruck- und Schubbeanspruchung, die Berücksichtigung der Faserwinkeländerung unter Last sowie die Berücksichtigung von Eigenspannungen. Oft führt nur die Einbeziehung dieser spezifischen Effekte zu einer exakten Auslegung von Laminaten, die ganz bestimmte Eigenschaften besitzen müssen. Tests haben gezeigt, dass mit der neuen Software in vielen Fällen eine weit bessere Ausnutzung des Leichtbaupotenzials von FVK gelingt, als dies bei Verwendung von Programmen der Fall ist, die nicht den aktuellen Stand der Forschung abbilden.

Das Forschungsvorhaben 15260 N der Forschungsvereinigung Kunststoffverarbeitung wurde im Programm zur Förderung der "Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)" vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF finanziert. Beiden Institutionen gilt der ausdrückliche Dank des IKV. Die Projektergebnisse sind im Abschlussbericht zusammengefasst, der über die Bibliothek des Instituts eingesehen werden kann.

Die neue Software wird beim 25. Internationalen Kunststofftechnischen Kolloquium des IKV am 3.-4. März 2010 in Aachen vorgestellt.

Bild: Schematische Darstellung des Unterschieds zwischen linearer und nicht-linearer Festigkeitsberechnung von FVK (Bild: IKV).

Weitere Informationen: www.ikv-aachen.de

25. Int. Kunststofftechnisches Kolloquium, 3.-4. März 2010, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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