Experimentelle Werkstoffcharakterisierung und -modellierung

25 Januar 2021

Prof. Philipp Höfer, Institut für Leichtbau, hat beim BMWi im Verbundvorhaben RICA - Reduktion der CO2-Emission durch Erhöhung der Werkstoffausnutzung mit Hilfe des 3D-Digitalen Zwillings, das Teilvorhaben: Experimentelle Werkstoffcharakterisierung und -modellierung erfolgreich eingeworben.

Laufzeit: 01.12.2020 bis 30.11.2023
Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) - Technologietransfer-Programm Leichtbau

Aufgrund vielfältiger Einflussfaktoren weisen die mechanischen Eigenschaften von Faserverbundwerkstoffen eine vergleichsweise große Streuung auf. Diese führt zu größeren Abschlägen in den auslegungsrelevanten und branchenübergreifend verwendeten Festigkeitskennwerten (A- und BWerte) und damit verbunden zu einem erhöhten Bauteilgewicht. Bei der Fertigung von Bauteilen und auf die Lebensdauer wird somit zu viel CO2 erzeugt. Hier besteht ein erhebliches Einsparungspotential. Daraus ergibt sich das Thema des Vorhabens zu: Reduktion der CO2-Emission durch Erhöhung der Werkstoffausnutzung mit Hilfe des 3D-Digitalen Zwillings. Ziel des vorliegenden Vorhabens ist, durch den Einsatz geeigneter Simulationswerkzeuge und einer umfassenden Werkstoffanalytik ein verbessertes Verständnis für die Entstehung dieser Streuungen zu schaffen und diese, nach Identifikation kritischer Einflussfaktoren und durch die konsequente Digitalisierung des Entwicklungsprozesses, maßgeblich zu reduzieren. Dabei soll der Einsatz digitaler Zwillinge den Nutzen der Ergebnisse über die gesamte Lebensdauer des Produktes sicherstellen können. Die Zusammensetzung des Projektkonsortiums wurde derart gestaltet, dass alle relevanten Aspekte des Entwicklungsprozesses durch einschlägig erfahrene Partner abgedeckt werden können. Dies betrifft insbesondere die Herstellung der Werkstoffkomponenten (Matrixsysteme, Fasern), die Probenherstellung und Kennwertermittlung, die numerische Berechnung mit mikro- und makromechanischen Modellierungsansätzen sowie die wissenschaftliche Untersuchung entsprechender mechanischer Testverfahren. Insbesondere müssen bei Verbundwerkstoffen die Einflüsse von Temperatur & Feuchte berücksichtigt werden. Die Anisotropie führt zu einer Vervielfachung der Versuche, da alle Richtungen und auch die Kombination der einzelnen Spannungen betrachtet werden müssen. Bei metallischen Werkstoffen ist dies in der Regel nicht der Fall.

^{Bild: © iStockphoto / piranka}