Bachelorarbeit oder Masterarbeit
© IKVThema der Arbeit:
Kurzfaserverstärkte Thermoplaste zeichnen sich durch hervorragende Verarbeitungseigenschaften aus. Durch die Faserverstärkung können mechanische Eigenschaften wie Steifigkeit und Festigkeit deutlich erhöht werden, wodurch sich ein großes Potenzial ergibt, Metalle als Konstruktionswerkstoff in strukturellen Anwendungen zunehmend zu ersetzen. In diesen Einsatzfeldern treten häufig kombinierte Beanspruchungen auf, wodurch sich die maßgeblichen Festigkeitskennwerte verändern. Die zur Beschreibung der Festigkeit etablierten Theorien wurden überwiegend in den 1970er-Jahren hergeleitet und basieren auf den damals verfügbaren Herstellungs- und Fertigungsverfahren für diese Werkstoffklasse. Aktuelle Untersuchungen zeigen jedoch, dass diese Ansätze das Festigkeitsverhalten unter kombinierten Beanspruchungen nur näherungsweise abbilden können. In der Folge werden bei der Bauteilauslegung häufig hohe Sicherheitsfaktoren angesetzt, sodass ein Teil des Werkstoffpotenzials ungenutzt bleibt. Neuere Entwicklungen in der Arbeitsgruppe ermöglichen eine werkstoffgerechte experimentelle Untersuchung des Festigkeitsverhaltens kurzfaserverstärkter Thermoplaste unter kombinierten Beanspruchungen und schaffen damit die Grundlage für eine verbesserte Auslegungspraxis.
Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt:
Die Arbeit greift eine offene wissenschaftliche Fragestellung auf, die sich mit den Versagensmechanismen kurzfaserverstärkter Kunststoffe unter kombinierten Beanspruchungen beschäftigt. Insbesondere die über die Bauteildicke variierende Faserorientierung erschwert derzeit eine zuverlässige Vorhersage des Versagensverhaltens. Dadurch entstehen entweder vorzeitige Bauteilversagen oder materialintensive Überdimensionierungen. Die Arbeit zielt darauf ab, das Versagen experimentell zu untersuchen und die Grundlagen für eine verbesserte Dimensionierung zu schaffen.
Zielsetzung:
Auf Basis von Vorentwicklungen wurde ein Prototyp eines Spritzgießwerkzeugs entwickelt, der es zukünftig ermöglicht, eine homogen hochorientierte Faserorientierungsverteilung in Rohrprobekörpern seriennah zu realisieren. Darauf abgestimmt wurde zudem der Prototyp eines Prüfverfahrens konzipiert, mit dem beliebige uniaxiale und multiaxiale Spannungszustände eingestellt werden können. Ziel deiner Arbeit ist es, diese beiden neuartigen Verfahren in ein integriertes Herstellungs- und Prüfkonzept zu überführen. Hierzu werden zunächst Rohrprobekörper im Spritzgießverfahren hergestellt und die homogen hochorientierte Faserorientierung durch gezielte Prozessanpassungen sichergestellt. Anschließend erfolgt die uniaxiale Werkstoffprüfung zur gezielten Induktion von Normal- und Schubspannungen mithilfe des neuen Prüfverfahrens. Der resultierende Spannungszustand wird überprüft und das Prüfsystem bei Bedarf technisch angepasst. Abschließend werden kombinierte Prüfungen durchgeführt, um die multiaxialen Festigkeiten zu bestimmen.
Deine Aufgabenstellung:
| Für eine Bachelorarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen | Für eine Masterarbeit bearbeitest du folgende Aufgabenstellungen |
| Einarbeitung in das neuartige Spritzgieß- und Prüfverfahren | Einarbeitung in das neuartige Spritzgieß- und Prüfverfahren |
| Herstellung von Rohrprobekörpern im Spritzgießverfahren | Herstellung von Rohrprobekörpern unter Sicherstellung der prozessseitigen Hochorientierung der Fasern |
| Uniaxiale Prüfung der Rohrprobekörper in der Zug-Druck-Torsions-Prüfung | Uniaxiale Prüfung der Rohrprobekörper in der Zug-Druck-Torsions-Prüfung |
| Auswertung und Interpretation der Prüfdaten | Multiaxiale Prüfung mit dem neuen Prüfkonzept und Dehnungserfassung im Prüfbereich durch Videoextensometrie |
| Auswertung und Interpretation der Prüfdaten und Identifikation des Bruchbildes |
Dein Profil:
- Natur- oder Ingenieurswissenschaftliches Studium (z. B. Allgemeiner Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen, Materialwissenschaften, Angewandte Polymerwissenschaften)
- Eigenständige und qualitätsbewusste Arbeitsweise
- Interesse an einer experimentellen Arbeit und wissenschaftlicher Datenauswertung
- Idealerweise erste Erfahrungen im Bereich der mechanischen Prüfung
Das sind deine Benefits:
- Erlerne wissenschaftliches Arbeiten in einem motivierten Team mit intensiver Betreuung
- Wirke an der Mitentwicklung einer neuartigen Prüfmethodik mit und begleite deren Überführung in eine seriennahe Prüfung mit hoher industrieller Relevanz
- Baue auf vorhandenen Vorerfahrungen auf und erweitere diese gezielt im experimentellen Umfeld unter intensiver Betreuung
- Erlerne die systematische Erhebung, Auswertung und Interpretation experimenteller Messdaten
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