Motivation

Der Leichtbau wird zur Effizienzsteigerung in allen Arten von Fahrzeugen genutzt. Obwohl sich gewöhnliche Leichtbaumaterialien hier durch sehr hohe spezifische Steifigkeiten bei geringer Masse auszeichnen, erfüllen monolithische Werkstofflösungen selten vollständig das geforderte Eigenschaftsprofil. Der Werkstoffverbund aus CFK, Elastomer und Metall ermöglicht zum Beispiel das gezielte Einstellen des Dämpfungsverhaltens von sonst für starke Vibrationen anfälligen Leichtbaukomponenten. Das Material orientiert sich dabei an herkömmlichen Faser-Metall-Laminaten:

CFK/Metall-Laminate:

• Hohes Energieabsorptionsfähigkeit bei Schlagschäden
• Anfällig für Korrosion und Delaminationen

Elastomere Zwischenschicht:

• Einstellung des Dämpfungsverhaltens
• Ausgleich thermischer Eigenspannungen
• Unterbindung galvanischer Korrosion
• Ersetzt Klebstoff zwischen CFK und Metall

Wissenschaftliche Ziele

Übergeordnetes Ziel dieses Projekts ist die skalenübergreifende experimentelle und numerische Betrachtung des dynamischen Eigenschaftsprofils, z.B. Dämpfung und Eigenschwingungen von HyCEML. Konkret werden von den beiden Projektpartnern am KIT, FAST und IAM-WK, die folgenden Ziele verfolgt:

• Experimentelle Charakterisierung des Mullins Effekts im hybriden Laminat und dessen simulative Abbildung in einem geeigneten Materialmodell
• Bestimmung der durch Low-velocity-impact entstehenden Schädigungsarten an HyCEML
• Berücksichtigung dieser in entsprechenden Finite-Elemente-Modellen zur effizienten Schwingungs- und Dämpfungsanalyse von geschädigten Bauteilen
• Ermittlung des Einflusses der unterschiedlichen Schädigungsarten auf das dynamische Verhalten von HyCEML
• Ableitung von Designrichtlinien zur Auslegung von schädigungstoleranten Dämpfungslaminaten

Methoden

• Intrinsische Herstellung der Laminate in einem Pressprozess
• Quasistatische Charakterisierung der Konstituenten und der Hybrid
• Dynamisch mechanische Analyse und Modalanalys
• Analytisch geschlossene Lösung zur schnellen Vorhersage des Vibrationsverhalten hybrider Laminat
• Komplexe Materialmodelle zur Abbildung von unterschiedlichen Schädigungen im Laminat