Ganzheitliche Werkstoffcharakterisierung von Kunststoffen und Faserverbunden

Die Fraunhofer-Institute für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, für Werkstoffmechanik IWM und für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF bieten gemeinsam ein umfassendes Portfolio für eine ganzheitliche Werkstoffcharakterisierung von Kunststoffen und Faserverbunden für die Bauteilauslegung an.

Kooperieren und vernetzen  so lautet die zeitgemäße Antwort auf immer komplexer werdende technische und wissenschaftliche Fragestellungen unserer Zeit. Aus diesem Grund bündeln die Fraunhofer-Institute für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP, für Werkstoffmechanik IWM und für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ihre Kompetenzen. Die Kooperation umfasst sowohl den wissenschaftlichen Forschungsansatz als auch die industrielle Anwendbarkeit der erzielten Lösungen. Vorteil dieser Vernetzung: Kunden erhalten nicht einzelne Bausteine für ihre Auslegungs- und Bemessungsmethodik, sondern ein zusammengeführtes validiertes Konzept.

Kompetenzen an drei Standorten

Das Fraunhofer IWM arbeitet auf dem Gebiet der mechanismenorientierten Materialcharakterisierung und Modellierung. Mit Hilfe einer Mikroprobenprüftechnik und begleitender numerischer Simulation lässt sich die Entstehung von Rissen auf der mikroskopischen Ebene beobachten und der numerischen Simulation zugänglich machen. Aufbauend auf den Ergebnissen dieser Untersuchungen entwickelt das Fraunhofer IWM makroskopische Materialmodelle, implementiert benutzerdefinierte Module in kommerziell verfügbare Finite-Elemente-Programme und macht diese so für die Bauteilberechnung verfügbar.

Der Forschungsschwerpunkt des Fraunhofer IZFP liegt auf dem Gebiet der zerstörungsfreien Charakterisierung von Kunststoffen und Faserverbunden. Mittels höchstauflösender Computertomographie als Referenzverfahren können die Defektentstehungsmechanismen und Werkstoffeigenschaften im Mikrostrukturbereich analysiert werden. Darüber hinaus bilden Ultraschall-, Thermographie- und Mehrfrequenz-Wirbelstrom-Verfahren sowie entsprechende Prüfsysteme zur Charakterisierung der defektbedingten Schädigungsentwicklung von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen einen wichtigen Schwerpunkt der Forschungs- und Entwicklungsarbeiten. Diese Arbeiten decken die gesamte Wertschöpfungskette des Produktlebenszyklus von der Werkstoff- und Bauteilentwicklung über die Produktionsüberwachung bis zum Betrieb ab.

Das Fraunhofer LBF charakterisiert Kunststoffe und Faserverbunde hinsichtlich deren Schwingfestigkeitseigenschaften unter realen Einsatzbedingungen. Die daraus gewonnen Kennwerte fließen in ein Konzept zur betriebsfesten Bemessung von Strukturbauteilen aus Kunststoff und Faserverbunden ein. Mit makroskopischen und thermographischen Methoden lassen sich das Anriss- und Rissausbreitungsverhalten sowie die hysteretische Erwärmung unter schwingender Beanspruchung bestimmen. Daraus können Wechselwirkungen aus mechanischer Beanspruchung und Umwelteinflüssen auf die Belastbarkeit bestimmt und bei der Bauteilauslegung berücksichtigt werden.