Mechanische Prüfung von Composite-Bauteilen und Materialcharakterisierung von Verbundwerkstoffen

Materialcharakterisierung und Compoiste Testing von CFK Bauteilen

Ziel: Anwendungsgerechtes Testing für die Praxis

Das komplexe mechanische Verhalten von Composite-Bauteilen erfordert ein Tiefenverständnis in zwei Richtungen: Einerseits, wie sich das Materialverhalten korrekt prüfen, validieren und in Materialmodelle implementieren lässt. Andererseits aber auch die Fähigkeit, aus der Vielzahl an Prüfmethoden und extrahierbaren Kennwerten die relevanten zu identifizieren und in die Nutzung zu überführen. CIKONI unterstützt seine Kunden vollumfänglich und transparent in der Auswahl geeigneter Prüfumfänge und Methoden. Denn wir setzten Materialkennwerte täglich selbst in Industrieprojekten ein und kennen die Anforderungen aus Kundensicht und die notwendige Beschreibungstiefe des Materials aus jahrelanger Erfahrung.

Skalenübergreifend und werkstoffgerecht

Je nach Projektanforderungen macht dies eine Beschreibung beginnend von den Ausgangsmaterialien Matrix und Faser, über die eingesetzen Halbzeuge und Laminate auf Couponebene bis zum Bauteil notwendig. Gerade auch in technischen Systemen, bei denen erst das koordinierte Zusammenspiel verschiedener Einzelkomponenten ein gewünschtes Zielverhalten bewirkt (beispielsweise in Crash-Lastfällen), wird auch ein Systemversuch notwendig, den wir gerne mit Ihnen planen, ausführen und bewerten.

Prüfmethoden: Individuell oder normiert?

Grundsätzlich stellt sich bei jeder Charakterisierung die Frage nach der zu wählenden Norm, dem korrekten Einsatz geeigneter Charakterisierungswerkzeuge und der passenden Prüfroutine. Während im Strukturtesting die Normung von Versuchen weitestgehend fortgeschritten ist, trifft dies bei der Prozesscharakterisierung (z.B. für die Drapiersimulation, Permeabilitätsmessung etc.) in deutlich geringerem Maße zu. Spätestens in Komponenten- und Systemversuchen gilt es auf Erfahrungswerte für den Prüfaufbau zurückzugreifen, um Rückschlüsse aus den Versuchen zu ziehen und einen simulativen Abgleich bewerkstelligen zu können.

Der Weg zur CFK Materialkarte

Kennwerte für die Simulation in Materialkarten

Die Vielfalt verfügbarer Materialmodelle für die Beschreibung des CFK-Strukturverhaltens ist genauso umfangreich wie der Werkstoff selbst. Je nach Anwendung (Steifigkeit, Festigkeit, Crash oder Prozesssimulation) und Materialklasse (Endlosfasern, SMC, Gelege oder Gewebe) sind jeweils unterschiedliche Modelle und Versagenskriterien sinnvoll und zielführend. Nach der Festlegung des Materialmodells folgt der für die spätere Prognosegüte entscheidende Teil, die Ermittlung der Parameter zur Festlegung der Materialkarte. Für eine erfolgreiche Umsetzung ist es elementar wichtig, dass die Materialkartenerstellung und das experimentelle Testing Hand in Hand gehen. Indem wir beide Disziplinen bevorzugt als Paket anbieten, stellen wir bei CIKONI sicher, dass die Randbedingungen in Versuch und Simulation identisch sind und das bestmögliche Ergebnis erzielt werden kann. Für die stufenweise Implementierung, Kalibrierung und Validierung der Materialkarten empfehlen wir aufeinander abgestimmte Prüfprogramme, z.B. vom Coupon-Level über Komponentenversuche bis hin zum Baugruppen oder Gesamtfahrzeugtest.

Die typischen Fälle

  1. Strukturprüfung
    1. Zugversuch
    2. Druckversuch
    3. Schubversuch
    4. Biegeversuch
    5. Impact-Prüfung
    6. Dauerfestigkeit
  2. Prozesskennwerte
    1. Drapierbarkeitsuntersuchungen (Zug-, Biege-, Scher-, Reibversuche)
    2. Infiltrationsuntersuchungen (Permeabilitätsmessung in 2D und 3D, Viskositätsbestimmung)
  3. Systemuntersuchungen
    1. Analyse von Verbindungsfestigkeiten und -steifigkeiten
    2. Energieabsoption und Crashverhalten
    3. NVH und Akustikuntersuchungen

 

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