Titelaufnahme

Titel
FEM-Auslegung einer Kohlefaser-Geflechtstruktur / von Andreas Salcher
VerfasserSalcher, Andreas
Begutachter / BegutachterinPettermann, Heinz ; Schwab, Martin
Erschienen2015
UmfangV, 65 Bl. : Ill., graph. Darst.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2015
Anmerkung
Zsfassung in engl. Sprache
SpracheDeutsch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)Verbundwerkstoffe / Finite Elemente Methode
Schlagwörter (EN)composites / finite element method
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-81781 Persistent Identifier (URN)
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FEM-Auslegung einer Kohlefaser-Geflechtstruktur [4.33 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

In vielen industriellen Sparten erfreuen sich Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) immer größer werdender Beliebtheit. Ihre hervorragenden gewichtsspezifischen Eigenschaften, leistungsfähigere Computerhardware sowie Simulationsprogramme bis hin zu modernen Fertigungstechnologien beschleunigen den Einsatz dieser Materialtechnologie. Um das gesamte Potential dieses Werkstoffes ausschöpfen zu können, stellt die Finite Elemente Methode (FEM) ein unverzichtbares, nummerisches Instrument dar. Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein FEM-Modell eines U-förmigen Balkens aus Kohlefaser-Geflecht zu erstellen. Dieser ist so zu dimensionieren, dass das angestrebte Versagen möglichst dominiert, sowie das Versagen an den Lasteinleitungs- und Lagerstellen unterbunden wird. An diesem Balken ist in weiterer Folge ein Experiment vorgesehen, das in einem 4-Punkt-Biegeversuch durchgeführt wird. Es wird ein parametrisiertes FEM-Modell erstellt, das es ermöglicht, die geometrischen Dimensionen der Geometrie des Balkens automatisiert zu ändern. Das FEM-Modell bildet dabei die Lagerung und Lasteinleitung des Balkens vereinfacht ab. Die Lasteinleitung findet über eine Aluminium-Druckplatte statt mit der die Kräfte flächig in den Balken eingeleitet werden. Dabei wird eine Kontaktformulierung angewandt. Die Lagerung erfolgt über ein Aluminium-Insert im Balken. Detaillierte Untersuchungen zeigen den Einfluss der Geometrieänderung auf das Schädigungsverhalten. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Lasteinleitungsstelle und den Schädigungsort gelegt. Die Variierung der Geometrie zielt darauf ab, die Lasteinleitungsstelle vor Schädigung zu bewahren. Um ein Versagen mit Sicherheit ausschließen zu können muss diese konstruktiv umgestaltet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse liefern eine Empfehlung für die Abmessungen des Balkens, der für das Experiment verwendet werden soll. Durch eine zuletzt durchgeführte Simulation, die eine Steifigkeitsreduzierung der Struktur durch Schädigung berücksichtigt, soll der Schadensfortschritt dargestellt werden. Zusätzlich wird die Lasteinleitung und Lagerung überprüft, sodass bei einer Belastung, die zum totalen Versagen der Struktur führen soll, keine Schädigung auftritt.

Zusammenfassung (Englisch)

In many industrial branches, fiber-reinforced plastics (FRP) are becoming increasingly popular. Their excellent weight-specific properties, a more powerful computer hardware and simulation programs as well as modern production technologies accelerate the use of this material technology. In order to exploit the full potential of this material, the finite element method (FEM) serves as an indispensable, numeric instrument. The aim of this paper is to create an FEM-model of a U-shaped bar made of braided carbon fiber. This one has to be dimensioned, that the intended failure is as dominating as possible and that failure is suppressed at the load introduction and bearing positions. Further an experiment is carried out on this beam by a 4 point bending test. A parameterized FEM-model is created, which is able to change the geometrical dimensions of the beam automatically. The FEM-model shoes the load introduction and bearing position in a simplified manner. The load introduction takes place over an aluminium plate, which then leads the forces in a areal way into the beam. Therefore a contact formulation is applied. The bearing is made by an aluminium insert within the beam. The obtained findings provide recommendations for the dimensions of the beam, which is to be used for the experiment. A recently conducted simulation, which takes into account stiffness degradation of the structure through damage progress, should depict the damage process. In addition, the load introduction and bearing position are checked to prevent damages when being burdened, which should lead to the total failure of the structure.