Anwendungen

Textilien aus Hochleistungsfaserwerkstoffen kommen heute in vielen technischen Anwendungen zum Einsatz.

Aufgrund ihrer niedrigen Dichte bei gleichzeitig hoher Festigkeit und Drapierbarkeit sind technische Textilien bevorzugte Materialien bei der Herstellung von Spezialkleidung gegen das Einwirken von Hitze, Flammen, Schneiden, Stichwaffen, Splittern und Projektilen.

Ebenso finden technische Textilien Verwendung im Bau- und Verkehrswesen. Hervorzuheben sind Sicherheitseinrichtungen wie Airbags, Fallschirme sowie Segel von Rennyachten oder Schutzvorrichtungen gegen Splitter- und Blasteinwirkung.

Nicht zuletzt finden technische Textilien als verstärkende Halbzeuge Einzug in die Herstellung von Faserverbund-
werkstoffen, die bauteilgerecht als extrem leichte und gleichzeitig sehr steife Strukturen gefertigt werden.

Werkstoffcharakterisierung

Im Gegensatz zu vielen anderen Werkstoffen werden die Materialeigenschaften von technischen Textilien besonders stark von geometrischen Nichtlinearitäten auf der Mesostrukturebene beinflusst, die durch die gewählte Faserarchitektur (Gewebe, Gewirke, Gelege etc.) und die eingestellten Design-Parameter vorgegeben werden.

Hinzu kommen materielle Nichtlinearitäten in Form von Viskoelastizität, Plastizität und Reibung.

Ziel der Arbeiten ist es, aus den gewonnenen experimentellen Ergebnissen Materialmodelle zu entwickeln, die das Materialverhalten bei unterschiedlichen Belastungsarten bis zum Versagen ausreichend gut darstellen und sich somit für die Entwicklung und Auslegung von textilen Strukturelementen eignen.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Modellierung von gewebten Strukturen.

Materialmodellierung

Aufgrund ihres systematischen Aufbaus und der niedrigen Fadenkrümmung eignen sich Gewebe besonders gut, um die freiwerdende Energie bei kurzzeitdynamischen Belastungen durch Impakt oder Blast aufzunehmen und zu verteilen.

Am EMI wurde ein Materialmodell für Gewebe entwickelt und implementiert, das die makroskopisch wirkenden Spannungen aus einem (die gewebetypische Mesostruktur abbildenden) Kinematik-modell herleitet, wodurch die geometrischen Nichtlinearitäten direkt erfasst werden.

Die für die üblichen, in kommerziellen FE-Codes angebotenen Materialmodelle erforderlichen, aufwändigen experimentellen Untersuchungen können dadurch größtenteils eingespart werden.

Mit diesem Modell können komplexe dreidimensionale Gewebe-strukturen bei kurzzeitdynamischen Belastungsszenarien effektiv berechnet und Vorhersagen für das Materialverhalten gemacht werden.

Modellierte Eigenschaften

•  Nicht-orthotropes Materialkoordinatensystem

•  Asymmetrische Gewebekonfigurationen

•  Faserviskoelastizität inklusive Versagen

•  Einfluss beliebiger

•  Bindungsarten

•  Reibverluste bei Gewebescherung

•  Nichtlineare transversale Fadenkompressibilität

Uniaxialer Zugversuch

•  Materialverhalten bei einachsiger Belastung

•  Servohydraulische Universalzugmaschinen

•  Schnellzerreißmaschinen/ Fallgewichtsanlagen

•  Klimakammern

Biaxialer Zugversuch

•  Materialverhalten bei zweiachsiger Belastung

•  Zugverhältnisse und Zugrichtungen variabel

Picture-Frame-Test

•  Ermittlung der Scherfestigkeit

•  Temperierte Versuche möglich