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Über dieses Buch

Tobias Schmack entwickelt experimentelle und numerische Methoden zur Ermittlung des dehnratenabhängigen Verhaltens von einfachen Laminaten bis zu strukturähnlichen Komponenten aus faserverstärkten Kunststoffen. Der Autor führt den Nachweis, dass die Berücksichtigung der dehnratenabhängigen Festigkeitszunahme von CFK in der Dimensionierung von Bauteilen ein zusätzliches und bisher weitestgehend ungenutztes Leichtbaupotenzial birgt. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung bezüglich der Festigkeitszunahme mit steigender Dehnraten zwischen Versuch und Simulation.

Der Autor:

Tobias Schmack hat extern am Fachgebiet Werkstoffprüftechnik (WPT) der Technischen Universität Dortmund promoviert und arbeitet als Experte für dynamische Prüftechnik und Faserverbund-Materialcharakterisierung im Leichtbauzentrum eines deutschen Automobilkonzerns.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Motivation und Zielsetzung

Zusammenfassung
Ausgelöst durch die sehr hohen Materialkosten ist der Einsatz von Faserverbundkunststoffen (FVK) in automobilen Strukturkomponenten nach wie vor überwiegend auf Karosserien von Sportwagen und Kleinstserienfahrzeugen beschränkt. Vereinzelte Ausnahmen gibt es im Premiumsegment bei Oberklassefahrzeugen wie dem Audi A8 und BMW 7er. Für zukünftige Anwendungen, insbesondere in Volumenmodellen im Wettbewerb zu den konventionellen Karosseriewerkstoffen Stahl und Aluminium, bedarf es für FVK einer maximalen Materialausnutzung und hohen Prognosegüte in der Finite-Elemente-Methode (FEM)-Simulation.
Tobias Schmack

Kapitel 2. Stand der Wissenschaft und Forschung

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die relevante Literatur bezüglich der Kernthemen dieser Arbeit vorgestellt und interpretiert. Unterkapitel 2.1 beleuchtet die Dehnratenabhängigkeit der Materialeigenschaften von Faser und Matrix als getrennte Einzelkomponenten des FVK. Dabei wird für die Matrix zwischen Duroplast (DP) und technischem Thermoplast (TP) unterschieden.
Tobias Schmack

Kapitel 3. Material und Methoden

Zusammenfassung
Das aktuelle Kapitel stellt die verwendeten Materialien (3.1), das Versuchsequipment (3.2) und die Methoden gemäß dem Stand der Technik (3.3) vor.
Tobias Schmack

Kapitel 4. Entwicklung der Prüfmethoden

Zusammenfassung
Unter 4.1 wird einleitend das entwickelte Konzept zur ganzheitlichen Betrachtung des Dehnrateneinflusses vorgestellt.Wie in den einführenden Kapiteln 2 und 3 dargestellt, existieren für die dynamische Prüfung von FVK-Werkstoffen keine Normungen. Daher gilt es, über neue Vorrichtungen und entsprechende Parameterstudien, neue Prüfmethoden zur Ermittlung dehnratenabhängiger Materialkennwerte und zur Betrachtung des Dehnrateneinflusses zu entwickeln.
Tobias Schmack

Kapitel 5. Dehnrateneffekte bei axialer Druckbelastung

Zusammenfassung
Die Ergebnisse im vorliegenden Kapitel sind in Zusammenarbeit mit Tiago Filipe im Rahmen seiner Masterarbeit an der Delft University of Technology entstanden.
Tobias Schmack

Kapitel 6. Dehnrateneffekte biege-induzierter Lastfälle

Zusammenfassung
Die Ergebnisse im vorliegenden Kapitel sind in Zusammenarbeit mit Riccardo Righi (6.1) und Timo Schäfer (6.2) im Rahmen von zwei Master-Abschlussarbeiten entstanden.
Tobias Schmack

Kapitel 7. Validierung der Prüfmethode

Zusammenfassung
In Kapitel 4 wurde in Abschnitt 4.2 erst eine neue Vorrichtung zur Ermittlung dehnratenabhängiger Materialkennwerte von FVK entwickelt und anschließend eine optimale Prüfkörpergeometrie erarbeitet. Unter 5.1.1 wurden die entsprechenden Ergebnisse für die Dehnratencharakteristik des longitudinalen und transversalen Drucks sowie Druckschubs vorgestellt. Zur Validierung dieser neuen Prüfmethode werden unter 7.1 die quasistatischen Kennwerte mit Ergebnissen aus Versuchen gemäß den Normen für axiale Druckprüfung an FVK ASTM D6641 [119] und DIN EN ISO 14126 [120] verglichen.
Tobias Schmack

Kapitel 8. Zusammenfassung und Ausblick

Zusammenfassung
Zur Beschreibung des dehnratenabhängigen Verhaltens von FVK werden in dieser Arbeit neuartige Methoden erarbeitet, die sowohl experimentell als auch simulativ dieses Verhalten, ausgehend vom Coupon bis zu strukturähnlichen Komponenten, bei verschiedenen Lastfällen abbilden. Für die beiden Belastungsfälle, axialer Druck und 3PB-Biegung, werden jeweils zwei neue Vorrichtungen für Prüfungen an Coupons und generischen Prüfkörpern entwickelt. Diese bringen für den Anwender deutliche Verbesserungen bzgl. experimenteller Streuung und Prüfaufwand mit sich. Zur Optimierung der Vorrichtungen speziell für dynamische Anwendungen werden intelligente Lösungen erarbeitet, die z. T. in patentierte Konzepte fließen.
Tobias Schmack

Backmatter

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