1: Prozesstechnische Integration thermoplastischer FKV-Schichten

Auf Grundlage eines Anforderungsprofils wurde ein serienfähiger Herstellungsprozesses für Hybridlaminate entwickelt. Dabei wurde vor allem auf den Einfluss der Prozessführung auf die Anhaftung der Thermoplastschichten an den Metalllagen untersucht. Dabei kam zunächst ein kommerziell verfügbarer Haftvermittler zum Einsatz. Dennoch wurde die Übertragbarkeit der Prozessführung (Preformzuschnitt, Stapelung, Aufheizen, Pressverfahren, Abkühlen) auf eine Herstellung einer chemisch aktivierten Grenzschicht (Projektpartner IST, TU Chemnitz) berücksichtigt. Die Herstellbarkeit mit oberflächenstrukturierten Metalllagen des IMF, TU Bergakademie Freiberg wurde nachgewiesen.

Abbildung: Prozesskette Halbzeugplattenherstellung, Vogt-Presse (Vakuum)

2: Auslegung von Demonstratoren und Prüfkörpern anhand geeigneter Materialmodelle

Die numerischen Untersuchungen erfolgten auf Grundlage bereits durchgeführter oder geplanter, experimenteller Versuche. Mit den gewählten Materialmodellen kann das Deformations- und Versagensverhalten von Hybridlaminaten beschrieben werden. Entsprechende Materialkarten für das FE-Programm LS-DYNA wurden erstellt. Darüber hinaus wurden geeignete Grenzschicht- und Kontaktmodelle erprobt. Schließlich konnten Prüfkörper mithilfe der numerischen Simulationen ausgelegt werden. Diese Auslegungsmethodik konnte anhand experimenteller Schlagbiegeversuchen validiert werden.

Abbildung: Simulationsmodell des DCB-Versuchs

3: Variation der Faserverstärkung

Beim Zug- und Querzugverhalten von UD-Lagen ist der Faserzugmodus nicht relevant für das Drapierverhalten, da die Steifigkeit in Faserrichtung im geschmolzenen Zustand um mehrere Größenordnungen höher im Vergleich zu den übrigen Deformationsmechanismen (longitudinaler Schub und Querzug) ist. Das Querzugverhalten wurde daher mittels einer Dynamisch Mechanischen Analyse (DMA) untersucht und es konnte gezeigt werden, dass ein ausgeprägtes rate-abhängiges Verhalten vorherrscht. Die wichtigsten Deformationsmechanismen sind Schub (in der Ebene) und Biegung (aus der Ebene heraus). Eine Variation der Faserverstärkung (±45° und 0/90°) wird dabei die Umformbarkeit der Hybridlaminate einschränken.

4: Reduktion prozessinduzierter Eigenspannungen

In diesem Arbeitspaket wurden die entlang der Prozesskette, Aufwärmen, Umformen und Abkühlen auftretenden wichtigsten physikalischen Effekte und ihre mechanische Beschreibung (Wärmeübertragung, viskoelastische und plastische Deformation) herausgearbeitet. Auf Grundlage wurden die Teilprozessschritte in geeigneten numerischen Code modelliert.