Neue Maschinen, Werkstoffe und Verfahren

Fraunhofer LBF: Werkzeug zur Abschätzung der Lebensdauer von Kunststoffteilen

Experimentelle Charakterisierung der Schwingfestigkeit. (Foto: Fraunhofer LBF, Raapke)

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste spielen im Automobilsektor eine wichtige Rolle. Bislang wird die Ermüdung von Bauteilen aus solchen Werkstoffen angelehnt an die eingeführten Methoden aus dem Bereich metallischer Werkstoffe bewertet. Ein abgesichertes, auf die Besonderheiten kurzfaserverstärkter Thermoplaste abgestimmtes Konzept besteht bisher nur in Ansätzen. Dies betrifft insbesondere die adäquate Berücksichtigung der Einflüsse von Faserorientierung, Temperatur, überlagerter Kriechdeformation und anisotroper Kerbeinflüsse. In einem neuen Forschungsprojekt entwickelt Fraunhofer nun abgesicherte Berechnungsmodelle zur Bestimmung der Materialermüdung von kurzfaserverstärkten Thermoplasten.

Die Wissenschaftler der beteiligten Fraunhofer-Institute für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF sowie für Werkstoffmechanik IWM verfolgen dabei einen kombiniert experimentell-numerischen Lösungsweg. Im ersten Schritt untersuchen sie die grundlegenden Schädigungseffekte experimentell an Laborproben und ergänzen dies durch Bauteilversuche. Auf dieser Basis wollen die Wissenschaftler ein Schädigungsmodell formulieren und in ein kommerzielles FE-Programm implementieren. Als effiziente Alternative werden sie eine rein im Postprocessing zu verwendende Schadensakkumulationshypothese erarbeiten.

Das Thema des neu gestarteten Forschungsprojektes “Ermüdung kurzfaserverstärkter thermoplastischer Polymerwerkstoffe” ist insbesondere für die durch KMU geprägte Zulieferindustrie von großer Bedeutung. Diese Unternehmen müssen in zunehmendem Maße die Produktverantwortung für die von ihnen gelieferten Bauteile übernehmen, dabei jedoch den mit Simulation verbundenen Aufwand sorgfältig gegen ihren Nutzen abwägen. Durch das Forschungsprojekt soll ihnen ein abgesichertes, handhabbares und zuverlässiges Werkzeug zur Abschätzung der Lebensdauer kurzfaserverstärkter Thermoplaste in die Hand gegeben werden, das in einer mehrstufigen Formulierung für erste Auslegungen und aufwändigere hochgenaue Analysen gleichermaßen geeignet ist.

Das Projekt wird unter dem Förderkennzeichen 20374 N gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des deutschen Bundestages über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e. V. AiF und auf Vorschlag der Forschungsvereinigung Automobiltechnik e.V. FAT.

www.lbf.fraunhofer.de

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