Simulation des Versagensverhaltens von Hybridverbindungen aus thermoplastischen faserverstärkten Kunststoffen (TP-FVK) und laserstrukturiertem Metall

Links: Anwendungsmöglichkeiten von Hybridbauteilen im Frontend | Bild: Audi - Rechts: Verbindung zwischen TP-FVK und Metall in der Vergrößerung | Bild: KYLJ10

Um Abgasgrenzwerte einzuhalten und den Sprung zur Elektromobilität zu bewerkstelligen, ist der Einsatz neuer Leichtbaumaterialien in der Automobilindustrie gefragt. Auf der einen Seite besteht die Möglichkeit, faserverstärkte Kunststoffe einzusetzen, welche jedoch aufgrund ihres hohen Preises und ihres spröden Bruchverhaltens nicht für jeden Anwendungsfall geeignet sind, aber hohe spezifische Eigenschaften aufweisen. Auf der anderen Seite bieten metallische Werkstoffe aufgrund ihrer einfachen Verarbeitung, Schweißbarkeit und hoher plastischer Verformung Vorteile gegenüber den Faserverstärkten Kunststoffen, bei allerdings höherem Gewicht. Um die Vorteile beider Werkstoffe zu nutzen, kommen daher immer häufiger hybride Bauteile ins Spiel, die aus FVK und Metall aufgebaut werden. Bislang werden die beiden Werkstoffe meist geklebt oder formschlüssig verbunden.

Um den Herstellungsprozess zu vereinfachen und trotzdem eine hohe Verbundfestigkeit zu erreichen, können Faserverstärkte Kunststoffe mit thermoplastischer Matrix direkt in einem Schritt mit dem Metall zum fertigen Verbundbauteil verpresst werden. Dazu wird in ein Blech per Laser eine Mikrostruktur eingebracht, in die der flüssige Kunststoff beim Verpressen eindringen kann und so einen Formschluss erzielt (Bild links). Bislang wurden die Einflüsse der Geometrie dieser Kontur jedoch nur unzureichend untersucht. Ziel Deiner Arbeit ist es daher, ein mikromechanisches Modell innerhalb der Methode der finiten Elemente zu erweitern und die Schädigungsmechanismen zu implementieren. Im Anschluss daran untersuchst Du anhand des Modells die zu erwartende Festigkeit. Für die Arbeit solltest Du folgendes mitbringen:

  • Die Fähigkeit selbstständig zu arbeiten und sich in neue Aufgaben einzuarbeiten
  • Grundkenntnisse über FVK
  • Student/in Kunststofftechnik, Maschinenbau, Luft- und Raumfahrttechnik, CES

Falls Du Interesse an der FEM Simulation hast, um Einblicke in das hochkomplexe Ermüdungs- und Versagensverhalten von solchen Verbunden zu erhalten und an einem innovativen Projekt mitzuarbeiten, melde Dich einfach bei mir. Innerhalb der Arbeitsgruppe bieten wir Dir eine intensive Betreuung und eine breite Basis an Vorwissen an. Mit der Bearbeitung kann ab sofort begonnen werden. Eine zügige Durchführung ist möglich.

Ansprechpartner:
Fabian Becker, M.Sc. RWTH
Telefon: +49 241 80-27136
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