Wegen ihrer guten mechanischen Eigenschaften und der hohen Gestaltungsfreiheit durch die Verarbeitung im Spritzgießprozess werden kurzglasfaserverstärkter Thermoplaste immer häufiger für anspruchsvolle technische Aufgaben im Motorraum oder für Strukturbauteile im Karosseriebereich und im Fahrwerksbereich eingesetzt. Weil an fast alle diese Komponenten auch erhebliche Lebensdaueranforderungen gestellt werden, kommt der rechnerischen Betriebsfestigkeitsanalyse bei der Entwicklung innovativer Kunststofflösungen eine entscheidende Bedeutung zu. Im Bericht wird gezeigt, wie mit einer geschickten Normierung der Aufwand für die Messung der notwendigen Werkstoffdaten im Rahmen von Wöhlerversuchen erheblich reduziert werden kann, da sich die Ergebnisse für unterschiedliche Faserorientierungen auf eine gemeinsame Masterkurve zurückführen lassen. Kernpunkt sind die bei Lanxess speziell für die Anforderungen der Betriebsfestigkeitsauslegung weiterentwickelten CAE-Methoden der integrativen Simulation. Durch die Berücksichtigung der aus dem Spritzgießprozess resultierenden, lokal unterschiedlichen Faserorientierung und die geeignete Modellierung der spezifischen Materialeigenschaften kurzglasfaserverstärkter Thermoplaste in Form eines User Materials ist jetzt auch für Kunststoffbauteile eine zuverlässige Lebensdauerprognose möglich. Dies belegt der Vergleich mit den Ergebnissen dynamisch-zyklischer Innendruckprüfungen einer Getriebeölwanne. Abschließend wird ein Ausblick auf künftig notwendige Weiterentwicklungen gegeben. Auf experimenteller Seite müssen die Lebensdauereigenschaften der für Strukturbauteile relevanten Kunststoffe möglichst umfassend in Abhängigkeit der wesentlichen Einflussgrößen wie Temperatur und Feuchte charakterisiert werden. Die Messungen müssen zudem auf die Festigkeiten von Schweissverbindungen unter dynamisch-zyklischer Belastung erweitert werden. Mit den so gewonnenen Daten kann dann auch die im Bericht vorgestellte rechnerische Betriebsfestigkeitsanalyse auf Bauteile übertragen werden, die aus mehreren einzelnen Spritzgusskomponenten zusammengefügt werden. Zudem besteht eine weitere Herausforderung darin, wechselnde thermische Umgebungsbedingungen oder mechanische Blocklastprofile sicher berechnen zu können, da thermoplastische Kunststoffe im Vergleich zu Metallen verstärkt zu sogenannten Reihenfolge-Effekten neigen, die die Anwendung von Hypothesen zur Schädigungsakkumulation erschweren.
Entwicklung und Anwendung einer integrativen Betriebsfestigkeitsanalyse für kurzglasfaserverstärkte Kunststoffbauteile am Beispiel einer Getriebeölwanne
2010
14 Seiten, 8 Bilder, 10 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
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