Preisträger 2018

Kurzfassung

In verschiedenen ingenieurtechnischen Anwendungsbereichen, insbesondere in der Automobil- und Luftfahrtindustrie, befördert die jüngste Einführung neuer Verbundwerkstoffe die Verdrängung traditionell eingesetzter Metalle mit dem Ziel, hoch optimierte Strukturkomponenten herzustellen. Hauptsächlich zur Optimierung von Strukturgewicht, Steifigkeit und Festigkeit der Karosserie.

Ein Beispiel ist die Verwendung kursfaserverstärkter Polymere (SFRP) in der Umsetzung komplexer Entwurfskonzepte im Automobilsektor, in dem sehr hohe Produktionsraten erforderlich sind. Bei vergleichbarer Bruchfestigkeit sind kurzfaserverstärkte Thermoplaste leichter als metallische Werkstoffe, was die Verwirklichung einer signifikanten Gewichtsreduktion in der neuen Automobilgeneration ermöglicht, welches wiederum zu höheren Leistungen bei geringerem Kraftstoffbedarf führt. Kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe zeigen unter mehraxialer und umweltbedingter Belastung ein hochkomplexes nichtlineares Materialverhalten.

In dieser Arbeit wurden neue invarianten-basierte elasto-plastische und thermoelasto- plastisch gekoppelte anisotrope Konstitutivgesetze für kurzfaserverstärkte Verbundwerkstoffe für kleine (small strains) und endliche (finite strains) Deformationen entwickelt - stets mit Blick auf die Anwendung und eine effiziente numerische Implementierung. Die Leistungsfähigkeit der Modelle wird durch eine Reihe numerischer Simulationen nachgewiesen, welche die praktische Anwendbarkeit und die Robustheit der Implementierung offenlegen. Die Konzeption einer neuen Generation von Fahrzeugkonstruktionen, bei der hybride Metall-Verbundkomponenten (Organobleche) zunehmend zum Einsatz kommen, ist eine aktuelle Entwicklung in der Automobilindustrie. In diesem Zusammenhang wird das in dieser Arbeit für endliche Dehnungen entwickelte, anisotrope Plastizitätsmodell in der numerischen 3D-Simulation der Umformung dieser neuen Werkstoffe, beispielsweise beim Durchsetzfügen (Clinching), Anwendung finden.