Julian Schöpfer

• Ausgelöst durch gestiegene Leichtbauanforderungen kommen im Automobilbau vermehrt Verbund- und Hybridbauweisen zum Einsatz. Verschiedene Materialien werden gemäß den jeweiligen spezifischen Anforderungen einzelner Bauteile bzw. Baugruppen ausgewählt, um ihr Potential bezogen auf das Gewicht und die (mechanische) Funktionalität optimal auszuschöpfen. Hierbei kann auch bei Großserienanwendungen neben der klassischen Blechschalenbauweise der Einsatz von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen zielführend sein. Allerdings sind entwicklungsspezifische Besonderheiten zur funktionalen Absicherung bzw. Auslegung derartiger Konzepte zu bewältigen. Dabei sind sowohl die Anforderungen an die Steifigkeit und die (Betriebs-)Festigkeit als auch die Vorgaben an die passive Sicherheit maßgebend. Bauteile aus kurzfaserverstärkten thermoplastischen Kunststoffen, die im Spritzgussverfahren hergestellt werden, stellen hier eine besondere Herausforderung dar. Das mechanische Verhalten ist von zahlreichen Faktoren wie lokal unterschiedlichen Faserorientierungen, viskosen Effekten und Umgebungseinflüssen abhängig. Um Zeit und Kosten zu sparen, ist im heutigen Produktentwicklungsprozess von Fahrzeugen bzw. bei der Auslegung der einzelnen Bauteile die Berechnung aller relevanten Lastfälle mittels numerischer Simulationen unumgänglich. Die Weiterentwicklung der Methoden und Modelle zur Simulation von Kunststoffen und Faserverbundwerkstoffen sind in den letzten Jahren verstärkt durch verschiedene Forschungsprojekte vorangetrieben worden. Dabei spielt auch die einhergehende Charakterisierung der Werkstoffe eine tragende Rolle. Ziel dieser Arbeit ist, die verfügbaren Methoden zur Berechnung und Charakterisierung von Spritzgussbauteilen aus kurzfaserverstärkten Kunststoffen aufzuzeigen, weiterzuentwickeln und anhand wissenschaftlicher Experimente zu validieren. Hierbei werden quasi-statische und crashrelevante Versuche mit verschiedenen Probekörpern durchgeführt und analytisch weiterverarbeitet. Im Anschluss werden diese zum Aufbau ausgewählter Rechenmodelle eines expliziten FE-Solvers genutzt. Angewendet werden dabei sowohl rein phänomenologische als auch integrative mikromechanische Simulationsmethoden mit isotropen und anisotropen elasto-plastischen bzw. elasto-viskoplastischen Ansätzen.