Detailseite
Projekt
HyCEML - Hybride CFK/ Elastomer/ Metall-Laminate mit Elastomerschichten für die gezielte Einstellung des Dämpfungsverhaltens
Antragstellerinnen / Antragsteller
Professorin Dr.-Ing. Luise Kärger; Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann
Fachliche Zuordnung
Mechanik
Förderung
Förderung von 2016 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 314969583
Das Hauptziel des Projektes ist es, die Vor- und Nachteile von Hybrid-Laminaten aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK), Elastomeren und Metallen (HyCEML) bezüglich der Aspekte Calm, Smooth und Smart zu untersuchen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Faser-Metall-Laminaten, bildet das Elastomer die Schnittstelle zwischen Metall und CFK und sorgt für die in der Regel sehr gute Dämpfung (calm) von HyCEML. In Ergänzung zur Dämpfung, ist das Elastomer für eine Reihe weiterer Eigenschaften (smart) verantwortlich, die von entscheidender Bedeutung in hybriden Werkstoffen sind. Es wirkt als Haftvermittler zwischen CFK und Metall, kompensiert thermische Eigenspannungen (bedingt durch die Unterschiede im therm. Ausdehnungskoeffizienten) und dient als Isolationsschicht, die einer Kontaktkorrosion entgegenwirkt. Zudem besitzt das Elastomer eine hohe Energieabsorption und sorgt in Kombination mit der Delaminationsbeständigkeit für gute Energieaufnahme im Stoßfall. So kann ein zuverlässiger (smooth) Betrieb des Systems gewährleistet werden. Zur Bewertung dieses Materialsystems sind umfassende experimentelle und numerische Untersuchungen nötig, die eine angepasste Methodenentwicklung erfordern.Da die Dämpfungseigenschaften des Hybridlaminat anisotrop sind, ist eines der Ziele des Projekts die experimentelle Charakterisierung des anisotropen Verhaltens sowie der zugrundeliegenden Mechanismen. Die (Calm)-Eigenschaften werden durch Untersuchungen des Dämpfungsverhaltens charakterisiert, die (Smart)-Aspekte umfassen die Analyse der Kompensation der Wärmeausdehnungskoeffizienten und des Korrosionsverhaltens.Auf der Grundlage der experimentellen Ergebnisse, müssen Finite-Elemente (FE) Modellierungstechniken entwickelt werden, um das Laminatdämpfungsverhalten numerisch zu beschreiben. Das erste Ziel ist detaillierte Mehrschicht-FE-Modelle aufzubauen und zu validieren, die verwendet werden, um die Auswirkung von variierenden Aufbauten und Lastfällen auf das Dämpfungsverhalten zu untersuchen. Zur Verifikation und Validierung werden Abgleiche mit analytischen, geschlossenen Lösungen (z.B. für einfach gelagerte Platten) und experimentellen Untersuchungen herangezogen. Zudem werden verschiedene Laminatkonfigurationen untersucht, die gezielt die Dämpfungsfähigkeit des Laminats erhöhen.Da mehrschichtige Schalenelemente rechnerisch effizienter als detaillierte Mehrschicht-FE-Modelle sind, wird eine geeignete Schalentheorie benötigt, um die Hybridlaminate auf struktureller Ebene zu modellieren. Basierend auf dem Stand der Technik in der Mehrschicht-Modellierung und auf den experimentellen Versuchsergebnissen, ist die Entwicklung einer mehrschichtigen Schalenformulierung ein wesentliches Ziel des Projekts. Ein weiteres Ziel ist es, den Einfluss der verschiedenen geometrischen Aspekte auf das resultierende Dämpfungsverhalten der Struktur zu untersuchen. Dazu werden verschiedene generische Teile mit unterschiedlicher geometrischer Komplexität modelliert werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
