Tolerancing during the design of endless-fiber reinforced composite structures
Third party funded individual grant
Start date : 15.11.2017
End date : 14.11.2020
Extension date: 30.06.2021
Project details
Scientific Abstract
Aufgrund unvermeidlicher Unsicherheiten und Abweichungen, wie
beispielsweise streuenden Materialwerten oder variierenden Lasten, weist
jedes Produkt einen Unterschied zu seiner Nominalgestalt auf. Diese
Streuungen können dazu führen, dass auch ein gut ausgelegtes Bauteil
seine Funktion nicht mehr erfüllt, was insbesondere bei
Faserverbundstrukturen aufgrund der Vielzahl an zusätzlichen
Design-Parameter und der speziellen mechanischen Eigenschaften der Fall
sein kann. Bisherige Ansätze des Toleranzmanagements fokussieren jedoch
in der Regel konventionelle isotrope Werkstoffe und können lediglich als
Grundlage für die Tolerierung von Faserverbundstrukturen angesehen
werden. Bestehende Ansätze zur Auslegung von Faserverbundstrukturen
geben hingegen keine Möglichkeit, Streuungen über eine Tolerierung mit
in das Auslegungsergebnis einfließen zu lassen und phänomenologische
Untersuchungen an Faserverbundstrukturen zielen lediglich auf den
Fertigungsprozess ab.
Das Ziel des Forschungsprojekts ist daher die
Bereitstellung eines Vorgehens zur Tolerierung von
endlosfaserverstärkten Faserverbundstrukturen während der Auslegung. Um
dieses Ziel zu erreichen, müssen vier Aufgaben gelöst werden. Die zwei
wesentlichen Aufgaben sind die Entwicklung eines Vorgehens zur
Toleranzanalyse auf Basis der Formänderungsenergie sowie die
Erweiterung des Vorgehens um eine Toleranzsynthese auf Basis der
Toleranzanalyse. Damit wird es möglich zuerst den Einfluss der
auslegungsrelevanten Parameter auf das Funktions- bzw. Verzugsverhalten
zu ermitteln und diese im Anschluss mit einem Definitionsbereich zu
versehen, innerhalb dessen trotz Streuung noch eine Funktionserfüllung
gewährleistet werden kann. Mit den hierbei erarbeiteten Vorgehensweisen
ist das Vorgehensmodell zur Auslegung endlosfaserverstärkter
Faserverbundstrukturen nach Klein und Wartzack um die Toleranzanalyse
und -synthese zu erweitern. Darüber ist es eine wichtige Aufgabe
den Einfluss lokaler Verstärkungen auf das Verzugsverhalten von
FVK-Bauteile zu untersuchen und beim Aufbau der Methoden eine
Möglichkeit zur Berücksichtigung lokaler Verstärkungen vorzusehen.
Am Ende des Projekts steht dem Produktentwickler ein ganzheitlicher Auslegungsansatz zur Verfügung, der ihn ausgehend von einer ersten Geometrieidee bis hin zu einem fertigen Laminataufbau mit einer geeigneten Tolerierung durch die Auslegung führt.
