Die Lebensdauer von zunehmend eingesetzten Kunststoffkomponenten und Verbundwerkstoffen im Motorraum ist schwer abzuschätzen, da Bauteile im Motorraum hohen Temperaturen, mechanischen Schwingungen und aggressiven Stoffe wie Benzin, Bremsflüssigkeit und Motoröl ausgesetzt sind. Das gilt besonders für Sicherheits- und Funktionsbauteile, deren Versagen ein erhebliches Gefahrenpotenzial bergen können. Bisher fehlte an zuverlässigen Prüfverfahren und Bemessungskonzepten, weshalb Kunststoffkomponenten über eine konventionelle Dimensionierung mit Sicherheitsfaktor und zahlreichen empirischen Abminderungsfaktoren bewertet werden, was zu Überdimensionierungen führt. Für eine zuverlässige Dimensionierung nach den Regeln der Betriebsfestigkeit müssen statische und zyklische Beanspruchungen berücksichtigt werden, letztere weiter differenziert nach konstanter oder variabler Schwingungsamplitude. Über die Anforderungen an eine zu konstruierende Komponente wird die Geometrie definiert, mit dem zusammen mit Daten aus den Materialprüfungen ein Materialmodell erstellt und die Beanspruchbarkeit ermittelt und eine Festigkeitsbewertung durchgeführt werden kann. Ziel der hier entwickelten werkstoffspezifisch angepassten Finite-Elemente-Simulationsmodelle ist es, ähnlich wie bei metallischen Komponenten, die Ermüdung und die Alterung und die Auswirkungen verschiedener Umwelteinflüsse auf Kunststoffbauteile bereits im Entwicklungsprozess berücksichtigen zu können. Dafür wird an bauteilähnlichen Proben aus thermoplastischen Werkstoffen, insbesondere kurzfaserverstärkten Thermoplasten, das Werkstoffverhalten in Abhängigkeit von Material, Geometrie (Kerbeinfluss), Fertigungs- (Spritzgießen) und Umwelteinflüssen (Kombination von Temperatur, Benzin und Öl) in Labortests untersucht. Damit sollen künftig kosten- und zeitintensive Form- und Bauteiländerungen reduziert werden. Materialuntersuchungen wie sie im Rahmen des BMBF-Wing-Projektes (03X3010) durchgeführt werden, sind hierzu ein wesentlicher Baustein.
Lebensdauersimulation von Kunststoffbauteilen
2008
8 Seiten, 8 Bilder, 8 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Datenträger
Deutsch
Finite-Elemente-Methode , Simulationsmodell , Kurzfaserverstärkung , Thermoplast , Altern (Werkstoff) , Alterungsbeständigkeit , Materialermüdung , Fahrzeugbauteil , Motorteil , Bauteileigenschaft , Dimensionierung , Lebensdauer , Lebensdauervorhersage , Betriebsfestigkeit , Temperatureinfluss , chemische Beständigkeit , Benzin , Motoröl , Spritzgussteil , Kerbung , Kerbwirkung , Forschungsprojekt
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