Hintergrund

Verbundwerkstoffe wie CFK, die geringe Dichte mit hoher Steifigkeit vereinen, finden in solch unterschiedlichen Bereichen Verwendung wie Formel-1-Rennwagen, Flugzeugen oder Satelliten. Faserverstärkte Kunststoffe, die weniger für solche Hochleistungsanwendungen ausgelegt sind, finden sich auch im Interieur gewöhnlicher PKWs. Unter dynamischen Belastungen wie Crash und Impakt treten in diesen Materialien irreversible Deformationen und Versagen auf, welche das Verhalten der gesamten Bauteile beeinflussen können. Um solche Vorgänge in der numerischen Simulation abzubilden, ist eine präzise Materialcharakterisierung erforderlich.

Werkstofftests

Das Ernst-Mach-Institut, EMI, bietet Testverfahren, die das mechanische Verhalten faserverstärkter Kunststoffe im Geschwindigkeitsbereich von quasistatischer bis hin zu hochdynamischer Belastung (> 1 km/s) quantifizieren.

Typische Charakterisierungstests für Verbundwerkstoffe am EMI sind:

•  Zugversuche

•  Schubversuche

•  Double-Cantilever-Beam-Tests

•  Interlaminare Schubversuche

•  End-Notched-Flexure Tests

•  Relaxationsversuche

•  Planar- Platten Impakt

Auf Anfrage können darüber hinaus auch neue Testmethoden entwickelt werden.

Versuchstechnik

Einige der verfügbaren Messtechniken und Versuchsanlagen zur Materialcharakterisierung sind:

•  Lokale Dehnungsmessung

•  Wegmessung

•  Kraftmessung

•  Beschleunigungsmessung

•  Servohydraulische Prüfmaschinen

•  Fallgewichtsanlagen

•  Klimakammern

•  Impaktanlagen

•  Hochgeschwindigkeits-Video-Systeme

•  VISAR (Geschwindigkeits-Interferometer)

Mikroskopische Untersuchungen

Neben der mechanischen Werkstoffprüfung bietet das EMI auch Testverfahren für Untersuchungen auf mikroskopischer Skala:

•  Ultraschall

•  Optische Mikroskopie

•  Akustisches Mikroskop

•  Rasterelektronenmikroskop

•  Mikrotomographie.

Damit lassen sich beispielsweise Faserverteilungen in Bauteilen oder Delaminationsbereiche nach Impaktbelastung bestimmen.

Mikromechanische Simulation

Während die Daten aus der Materialcharakterisierunghäufig als Eingabe für die FE-Analyse dienen, können numerische Simulationen selbst auch zur Charakterisierungvon Verbundwerkstoffen verwendetwerden. Das EMI führt zum Beispielmikromechanische Simulationen durch,um ausgehend von den Eigenschaften derMatrix und der Fasern das Verhalten des Verbundes vorherzusagen.