Simulation der Ermüdung in faserverstärkten Kunststoffen mittels physikalisch basierter Modelle

Ermüdungsprüfung | Bild: IKV

Steifigkeitskurve in der Prüfung und simulierte Ergebnisse (schematisch) | Bild: IKV

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) zeichnen sich durch ihr außerordentliches Leichtbaupotential aus und kommen daher zunehmend in Bereichen zum Einsatz, in denen ein effizienter Ressourceneinsatz erforderlich ist.

Auch für zyklisch beanspruchte High Performance Bauteile, wie ein Flugzeugflügel, kommen FVK zum Einsatz. Die Lebensdauerberechnung ist bis heute jedoch unsicher – Diese Unsicherheit führt dazu, dass Strukturen immer noch überdimensioniert werden müssen.

Innerhalb von FVK kommt es während der zyklischen Ermüdung zunächst zu Mikroschädigungsereignissen, wie Interfaceablösungen, Matrixrissen und Faserbrüchen. Im weiteren Verlauf können sich Zwischenfaserbrüche oder Delaminationen ausbilden, die schließlich zum Versagen des Laminates führen. Deine Aufgabe besteht darin, ein mikromechanisch basiertes Modell mit einem phänomenologischen Materialmodell zusammenzuführen, um die vollständige Ermüdungsschädigungsentwicklung vom Beginn der Belastung bis zum Versagen in einem Schritt berechenbar zu machen. Für Deine Berechnungen wirst Du zunächst die beiden Phänomene Mikroschädigungsbildung und Delaminationswachstum getrennt untersuchen und bereits vorhandene 1-Element Modelle dafür erweitern. In einem zweiten Schritt implementierst Du beide Phänomene für die Verwendung in der Methode der Finiten-Elemente. Abschließend validierst Du Deine Ergebnisse mit bereits vorhandenen experimentellen Ergebnissen aus Zugermüdungsprüfungen und 3-Punkt-Biegeversuchen.

Zur Bearbeitung dieser Arbeit solltest Du Folgendes mitbringen:

  • Die Fähigkeit, Dich selbstständig in neue Themen einzuarbeiten
  • Interesse am Ermüdungsverhalten von FVK
  • Kenntnisse in der FEM wünschenswert, aber nicht erforderlich
  • Kenntnisse in Matlab wünschenswert, aber nicht erforderlich

Falls Du an der Beschreibung der Ermüdungs- und Lebensdauerberechnung faserverstärkter Kunststoffe mitarbeiten möchtest, bieten wir Dir eine intensive Betreuung und eine breite Basis an Vorwissen innerhalb der Arbeitsgruppe an. Mit der Bearbeitung kann ab sofort begonnen werden. Eine zügige Bearbeitung ist möglich. Falls Interesse besteht, melde Dich einfach bei mir.

Ansprechpartner:
Fabian Becker, M.Sc. RWTH
Telefon: +49 241 80-27136
E-Mail: fabian.becker@ikv.rwth-aachen.de