SmartSIM - Entwicklung von Simulationsmethoden zur Auslegung von sensorintegrierten Smart Composites

Abstract

Das Projekt “Entwicklung von Simulationsmethoden zur Auslegung von sensorintegrierten Smart Composites“ verfolgte die Entwicklung ingenieurgerechter, recheneffizienter Simulations- und Prüfmethoden zur Bewertung des Festigkeitseinflusses integrierter Sensorik in thermoplastischen FKV-Druckbehältern. Aufbauend auf eigenen Vorarbeiten wurden zwei komplementäre Modellansätze implementiert. 1. Energiebasierte Degradationsmodelle mit definierten Schadensvariablen und kritisch zu bestimmender Energiefreisetzungsrate sowie kontaktbasierte Formulierungen zur Beschreibung lokaler interlaminarer Versagensprozesse. Parallel erfolgte die material- und prozessnahe Charakterisierung thermoplastischer Halbzeuge mit und ohne integrierte Sensorik auf Coupon-Ebene. Die gewonnenen Kennwerte wurden in einer Materialdatenbank zusammengeführt. Experimentelle Validierung erfolgte an sensorintegrierten Halbzeugen und Funktionsmustern; hierfür standen eine Zylinderrohrwickelanlage für thermoplastische FKV, ein Maximator-Berstprüfstand sowie eine eigens entwickelte Druckprüfvorrichtung zur Verfügung. Prozessvariablen wurden systematisch untersucht, um sensorinduzierte Schädigungseinflüsse zu minimieren. Die gute Kooperation zwischen den Projektpartnern Frauenthal Airtank Elterlein, thermoPre ENGINEERING und dem Institut für Strukturleichtbau (TU Chemnitz) gewährleisteten wichtige und zielorientierte Fertigungs-, Halbzeugbeträger sowie wissenschaftliche und anwendungsbezogene Validierungsuntersuchungen. Als Ergebnis liegen validierte Simulationsroutinen, Prüfprotokolle, sensorangepasste Auslegungsstrategien und nachgewiesene Funktionsmuster vor, die eine belastbare Festigkeitsbewertung und eine verbesserte Marktakzeptanz von Smart Composites im Bereich druckbelasteter Funktionsstrukturen ermöglichen.