Nikolai Voll

• In Zeiten rasant ansteigender Energiepreise wird die Energieeinsparung durch Gewichtsreduzierung bewegter Massen, z. B. im Automobilbau, zunehmend wichtiger. In immer mehr Bereichen des Automobilbaues werden Faser-Kunststoff- Verbunde (FKV) aufgrund ihrer geringen Dichte eingesetzt. Positive Aspekte einer Faserverstärkung von Kunststoffen sind Verbesserungen der Steifigkeit und der Festigkeit. Negativ wirkt sich die Faserverstärkung hingegen auf die Bruchdehnung aus. Je nach eingesetztem FKV kann durch die geringe Bruchdehnung bei einem Crash nur wenig Energie absorbiert werden und es kommt zum strukturellen Versagen. Wegen der günstigen Material- und Verarbeitungskosten werden im Auto- mobilbau häufig langglasfaserverstärkte Thermoplaste (LFT) verwendet. Diese können allerdings aufgrund ihrer suboptimalen Crasheigenschaften in vielen Bereichen des Fahrzeugbaues nicht eingesetzt werden. Die vorliegende Arbeit befasst sich daher mit der Verbesserung der Crasheigenschaften von LFT durch eine Verstärkung mit Metalltextilien. Ziel ist es, den Anwendungsbereich von LFT im Auto- mobilbau zu erweitern. Aufgrund der Erfahrungen in vorangegangenen Arbeiten liegt der Fokus der vorliegenden Arbeit auf den Eigenschaften eines mit Edelstahl- schweißgitter (ESG) verstärkten LFT. Das Material wurde mit einer Vielzahl an Versuchen einer eingehenden mechanischen Charakterisierung unterzogen. Vor der Probenentnahme wurde die herstellungsbedingte Faserorientierung in Plattenebene untersucht. Dies geschah durch die Auswertung von Röntgen- und Durchlicht- aufnahmen. Es wurde eine hochgradige Faserausrichtung in Fließrichtung fest- gestellt. Mit Hilfe der Computertomographie war eine qualitative Untersuchung der lokalen Faserorientierung möglich. Weiterhin konnte die Beeinflussung der Faser- orientierung durch die Metalltextilverstärkung beobachtet werden. Aufgrund der Be- deutung der Interfaceeigenschaften zwischen Stahl und LFT für den ESG-LFT- Verbund wurden die Scher- und Normalfestigkeit mit Hilfe von Drahtauszug- und Stirnabzugversuchen bestimmt. Die Interfaceeigenschaften wurden für verschiedene Vorbehandlungsmethoden der metallischen Oberfläche untersucht. Eine Vorbehand- lung durch Druckluftstrahlen der Oberfläche führte zu den besten Haftungs- eigenschaften. Als Strahlmittel wurden Korundpartikel eingesetzt. Neben metall- textilverstärkten LFT-Proben wurden auch unverstärkte LFT-Proben als Referenzuntersucht. Es wurden quasistatische Versuche unter Zug- und Schubbelastung durchgeführt. Wegen der Crashanwendung wurden die Zugversuche auch unter kurzzeitdynamischer Belastung durchgeführt. Zusätzlich wurden Durchstoßversuche durchgeführt, um den Einfluss auf die Energieabsorption beobachten zu können. Um die Verbesserung der strukturellen Integrität zu demonstrieren, wurden einfache Demonstratorbauteile unter Zugbelastung getestet. Dabei konnte neben einer Bestimmung wichtiger Materialparameter eine erhöhte Energieaufnahme und eine verbesserte strukturelle Integrität nachgewiesen werden. Zur Erweiterung der experimentellen Erkenntnisse wurde ein parametrisiertes Simulationsmodell auf Mikroebene entwickelt. Anhand des Mikromodells gelang es, einen detaillierten Einblick in den Spannungszustand und das Versagensverhalten von ESG-LFT zu erhalten. Des Weiteren war es damit möglich, den Einfluss verschiedener Geometrieund Haftungsparameter auf die Verbundeigenschaften zu untersuchen. Die vorliegenden Erkenntnisse wurden zur Programmierung eines makromechanischen Simulationsmodells genutzt. Dieses zeigte, trotz der vorgenommenen Vereinfachungen, bereits gute Übereinstimmungen von Simulation und Experiment und konnte Hinweise für weiterführende Arbeiten liefern. Das entwickelte makromechanische Modell kann damit als Basis für die Weiterentwicklung dieses Materialmodells genutzt werden.