Zur Festigkeitsbewertung von Strukturbauteilen aus Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden unter PKW-Betriebslasten

Die Nutzung von Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden (CFK) kann im Automobilbau weitere Gewichtspotenziale eröffnen und so zur Verbesserung der Effizienz, Sicherheit und Dynamik eines Fahrzeugs beitragen. Um den gewünschten Leichtbaugrad zu erreichen, müssen unter anderem die im PKW-Entwicklungsprozess eingesetzten Verfahren zur Festigkeitsbewertung in Bezug auf die richtungsabhängigen Eigenschaften von CFK methodisch erweitert werden. Hierzu wird die schichtenweise Spannungs-, Verformungs- und Bruchanalyse von CFK um eine schichtenweise Lebensdaueranalyse ergänzt. Zur Charakterisierung der Steifigkeits- und Festigkeitseigenschaften einer unidirektionalen Schicht wurden Versuche an Rohrprobekörpern durchgeführt. Für die Ermittlung der zyklischen Kennwerte wird unter anderem eine strukturierte Einteilung der Haigh-Diagramme vorgenommen und ein neuartiges Verfahren zur Formulierung abgeleitet. Darauf aufbauend wird die Anwendbarkeit der linearen Schadensakkumulation auf den ersten Zwischenfaserbruch in einem Laminat exemplarisch für die Quer-Zug/Druck-Beanspruchung überprüft und durch Vorschläge zur Einschätzung der Restfestigkeit und des Erreichens der Risssättigung ergänzt. Auf Basis von Quer-Längs-Schubversuchen wird darüber hinaus der Einfluss zyklischer Werkstoffnichtlinearität auf die Prognosegüte des Verfahrens diskutiert. Die prototypische Umsetzung der Methoden in die Standardabläufe erfolgt unter Berücksichtigung von Praxisbeispielen aus der PKW-Festigkeitsbewertung. Zur Betriebsfestigkeitsanalyse in der frühen Phase wird eine schwingspielabhängige Form statischer Bruchkriterien implementiert. Die schichtenweise Lebensdauerbewertung unter nichtproportionalen Lasten wird über die Anpassung einer für isotrope Werkstoffe gängigen Standardsoftware ermöglicht.