Schädigungs- und Versagensverhalten stanzgenieteter Faser-Kunststoff-Verbunde bei zyklischer Belastung

Die effizienten und in der Strukturmontage etablierten stanzenden Fügeverfahren erfordern beim Verbinden von leistungsfähigen Faser-Kunststoff-Verbunden eine besondere Berücksichtigung der setzprozessinduzierten Schädigungen (Delaminationen bzw. Faser- und Matrixbrüche) auf das Schädigungs- und Versagensverhalten der Fügeverbindungen, insbesondere bei zyklischer Belastung. Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, Zusammenhänge zwischen der Verbindungsausprägung und den Eigenschaften bei zyklischer Belastung abzuleiten, wodurch eine sichere Auslegung der Verbindungen gewährleistet werden kann.

© Fraunhofer IGP
Schadensbild einer stanzgenieteten Verbindung mit FKV und Aluminium nach Überbeanspruchung
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Schadensbild einer stanzgenieteten Verbindung mit FKV und Aluminium nach Überbeanspruchung
Schädigung eines gestanzten FKV-Fügeteils
© GOM GmbH
Schädigung eines gestanzten FKV-Fügeteils

Vorgehensweise

Analyse der Grundwerkstoffe

Die Schädigungsausbreitung und das Versagen in relevanten Beanspruchungssituationen, z. B. hinsichtlich der Lochleibung, ist Teil des ersten Untersuchungskomplexes. Zum Einsatz kommen praxisrelevante duro- und thermoplastische FKV-Halbzeuge sowie Aluminiumwerkstoffe, die mit Hilfe neuester Messtechnik und Analysemethoden analysiert werden. Das Ziel dieser Untersuchung ist eine umfassende chemisch-physikalische Materialcharakterisierung sowie die Separation und Bewertung der Schädigungs- und Versagensmechanismen bei zyklischer Belastung. Somit kann für den späteren Projektverlauf eine fundierte Bewertung der Einzeleffekte erfolgen.

Fügepunktgestaltung

Durch eine gezielte Beeinflussung der Fügepunktausprägung, werden im weiteren Verlauf des Forschungsvorhabens unterschiedliche Zustände und Beanspruchungssituationen bei einer späteren mechanischen Belastung eingestellt. Damit eine möglichst umfassende Bewertung unterschiedlicher Einflüsse erfolgen kann, wird daher eine Auswahl variierender Fügeteildicken und –werkstoffe sowie Fügeelemente berücksichtigt. Mit den hergestellten Verbindungen erfolgt anschließend eine Bewertung der setzprozessinduzierten Schädigungen unter dem Einsatz etablierter zerstörungsfreier Auswertemethoden. Sie bilden die Basis der Schädigungsbewertung der FKV-Werkstoffe bei anschließender zyklischer Belastung.

Zyklische Belastung und Schädigungsverhalten

Für die anwendungsgerechte Herstellung stanzender Fügeverbindungen mit FKV erfolgt im weiteren Projektverlauf die umfassende Analyse der Schädigungs- und Versagensmechanismen bei zyklischer Belastung der hergestellten Fügeverbindungen. Kriterien der Auswertung sind hierbei neben den makromechanischen Schädigungserscheinungen der Verbindungen insbesondere fundierte Analysen der mikromechanischen Versagensmechanismen unter Einsatz der Rasterelektronenmikroskopie und zerstörungsfreier Analysen.

Ausblick

Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens ermöglichen letztlich eine ermüdungsgerechte Verbindungsgestaltung unter dem Einsatz stanzender Fügeverfahren im strukturellen Leichtbau. Sie bilden die Basis für die Auslegung dieser Verbindungen und können zudem durch eine umfassende Bewertung der Schädigungs- und Versagensmechanismen zu einer Akzeptanzsteigerung stanzender Fügeverfahren mit FKV-Werkstoffen beitragen.

 

Förderhinweise

Das Projekt „Ermüdungsfestigkeit halbhohlstanzgenieteter FKV-Metall-Hybridverbindungen“ wird als Vorhaben der Industriellen Gemeinschaftsforschung unter der Fördernummer AiF-Nr. 19635BR von der Forschungsvereinigung EFB e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Projektpartner