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Studentische Arbeit

Literaturstudie zur Festigkeit kurzfaserverstärkter Thermoplaste in Abhängigkeit von Mikrostruktur und Belastung

Bachelor- oder Masterarbeit

Ziel deiner Arbeit ist es, die aktuelle Forschung zur Festigkeit kurzfaserverstärkter Thermoplaste durch eine systematische Recherche aufzuarbeiten. Dabei sollen auf Basis veröffentlichter Untersuchungen insbesondere die Einflüsse unterschiedlicher Belastungsarten, sowie die daraus resultierenden Spannungszustände, analysiert werden.

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste eignen sich aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften in Verbindung mit einer wirtschaftlichen Verarbeitung im Spritzgießverfahren für den Einsatz in semistrukturellen Anwendungen. Die hierbei auftretenden statischen und dynamischen Lasten können zu einer Vielzahl unterschiedlicher Beanspruchungen führen, welche sich qualitativ hinsichtlich der Art der Spannungen und der Beanspruchungsgeschwindigkeit unterscheiden. Das komplexe Fließverhalten der Schmelze während des Spritzgießens führt darüber hinaus zu einer Bildung von Schichten unterschiedlicher Faserorientierungen, wodurch eine Anisotropie im Werkstoff hervorgerufen wird. Die Kombination der Belastungsqualitäten und der Faserorientierungen äußert sich in verschiedenen Schädigungsmechanismen in der Mikroebene, welche die makroskopische Festigkeit des Werkstoffes maßgeblich beeinflusst.

Stuwi-Literaturstudie zur Festigkeit kurzfaserverstärkter Thermoplaste© IKV
Die Modellierung der anisotropen Festigkeit ist bislang mit großen Unsicherheiten behaftet – Versagensvorhersagen anhand der Spannungen erfordern daher häufig hohe Sicherheitsfaktoren.

Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt:

Während sich die Steifigkeit kurzfaserverstärkter Thermoplaste mit etablierten analytischen oder empirischen Methoden zuverlässig aus der Mikrostruktur ableiten lässt, fehlt bislang eine geschlossene analytische Theorie zur Beschreibung der Festigkeit. Diese ist stark abhängig von der Faserorientierungsverteilung im Bauteil, welche komplexe, mehrachsige Spannungszustände induziert. Besonders die Interaktion verschieden ausgerichteter Faserschichten erschwert eine direkte Übertragung bekannter Ansätze. Auf Basis des aktuellen Forschungsstandes werden daher neuartige Prüf- und Modellierungsmethoden entwickelt, um die Festigkeit faserverstärkter Thermoplaste künftig besser vorhersagen und bewerten zu können. Als Teil der Arbeitsgruppe trägst du dazu bei, diese Methoden systematisch vorzubereiten und neue Forschungsperspektiven zu erschließen.

Zielsetzung:

Ziel deiner Arbeit ist es, die aktuelle Forschung zur Festigkeit kurzfaserverstärkter Thermoplaste durch eine systematische Recherche aufzuarbeiten. Dabei sollen auf Basis veröffentlichter Untersuchungen insbesondere die Einflüsse unterschiedlicher Belastungsarten, sowie die daraus resultierenden Spannungszustände, analysiert werden. Zusätzlich wird der Einfluss der Faserorientierung in Relation zur Wirkungsrichtung, sowie die Abhängigkeit von Beanspruchungsgeschwindigkeit und -dauer betrachtet. Auch bestehende Modellierungsansätze zur Beschreibung der Festigkeit in Abhängigkeit der Belastung werden erfasst und eingeordnet. Werkzeuge deiner Arbeit sind Methoden des Quellen- und Literaturmanagements welche es dir ermöglichen, eine strukturierte Übersicht zu erstellen. Abschließend werden die gewonnenen Erkenntnisse genutzt um offene Fragestellungen für zukünftige Arbeiten abgeleitet werden können.

Deine Aufgabenstellung:

Einarbeitung in Methodiken zur Aufarbeitung der Literatur und des Quellen- und Wissensmanagements Einarbeitung in Methodiken zur Aufarbeitung der Literatur und des Quellen- und Wissensmanagements
Durchführung einer systematischen Literaturrecherche zur Festigkeit von SFT Durchführung einer systematischen Literaturrecherche zur Festigkeit von SFT
Bewertung verschiedener experimenteller Methoden zur Ermittlung der Festigkeit Bewertung verschiedener experimenteller Methoden zur Ermittlung der Festigkeit
Analyse der Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und makroskopischem Verhalten Analyse der Zusammenhänge zwischen Mikrostruktur und makroskopischem Verhalten
Kritische Zusammenfassung und Einordnung der gefundenen Ergebnisse Kritische Zusammenfassung und Einordnung der gefundenen Ergebnisse
Ableitung offener Fragestellungen und Hypothesen für zukünftige Forschungsarbeiten

Dein Profil

  • Idealerweise erste Erfahrungen mit der Verarbeitung von Kunststoffen
  • Natur- oder Ingenieurswissenschaftliches Studium
  • Eigenständige und qualitätsbewusste Arbeitsweise
  • Interesse an einer experimentellen Arbeit und wissenschaftlicher Datenauswertung
  • Bevorzugte Studiengänge:
    • Maschinenbau / Wirtschaftsingenieurwesen, Fachrichtung Maschinenbau
    • Automatisierungstechnik
    • Allgemeiner Maschinenbau
    • Computational Engineering Sciences (CES)
    • Simulation Sciences
    • Materialwissenschaften
    • Wirtschaftsingenieurwesen Fachrichtung Werkstoff- und Prozesstechnik
    • Umweltingenieurwissenschaften
    • Angewandte Chemie
    • Angewandte Polymerwissenschaften