Analyse und integrative Berechnung der Schwingungsfestigkeit kurzglasfaserverstärkter Thermoplastbauteile

Abstract

In diesem Forschungsvorhaben wurden die viskoelastischen Eigenschaften zweier kurzglasfaserverstärkte Kunststoffe mit unterschiedlichen Fasermassengehalten anhand der Dynamisch Mechanischen Analyse charakterisiert. Des Weiteren wurde das Ermüdungsverhalten bei jeweils drei unterschiedlichen Frequenzen bis 90 Hz in konventionellen Wöhlerversuchen bestimmt. Aufgrund der durch die hohe Prüffrequenzen induzierten starken Eigenerwärmung der geprüften Werkstoffe wurde ein neues adaptives Kühlsystem entwickelt und validiert, das erstmalig quasi-isotherme Wöhlerversuche ermöglicht. Folglich konnten Wöhlerversuche durchgeführt werden, um den Frequenzeinfluss bei konstanter Werkstofftemperatur zu untersuchen. Höhere Prüffrequenzen führen zunächst zu einer höheren zyklischen Lebensdauer, weshalb für eine konservative Ermüdungsabschätzung Wöhlerdaten bei niedrigen Frequenzen (beispielsweise 5 Hz) verwendet werden können. Der primäre zu berücksichtigende Werkstoffeffekt ist die Reduktion der Lebensdauer durch die Temperaturerhöhung. Gleichzeitig wurde eine integrative Simulationskette für die numerische Berechnung des Schwingverhaltens aufgebaut, das einen Lösungsalgorithmus im Frequenzbereich verwendet. Die Kalibrierung des frequenzabhängigen Werkstoffverhaltens erfolgte im Reverse-Engineering Verfahren. Die entwickelte Methodik wurde anhand von Resonanzverweilprüfungen an einem neuentwickelten Schwingprobekörper überprüft. Es konnte festgestellt werden, dass bei kritischen Beanspruchungszuständen trotz einer Biegebeanspruchung ebenfalls eine Werkstofferwärmung während der Resonanzverweilprüfungen auftritt und so das Ermüdungsverhalten nachteilig verändert wird. Mit der entwickelten Methodik ist es möglich die Schwingfestigkeit komplexer geometrischer Strukturen aus kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten numerisch abzuschätzen, sobald für die Evaluierung der resultierenden Beanspruchung temperaturabhängige Ermüdungsdaten verwendet werden. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Datei-Upload über TIB