Simulation mikromechanischer Beanspruchung faserverstärkter Thermoplaste

Bachelorarbeit oder Mastararbeit

Thema der Arbeit:

Kurzfaserverstärkte Thermoplaste (SFT) werden überwiegend mit dem Spritzgießverfahren verarbeitet, da dieses Verfahren eine wirtschaftliche, hochwertige und automatische Fertigung von Bauteilen ermöglicht. Aufgrund der Strömungsverhältnisse innerhalb der Schmelze richten sich die Kurzfasern innerhalb der schmelzeförmigen Polymermatrix aus, woraus eine Anisotropie der mechanischen Eigenschaften entsteht. Experimentell können lediglich makroskopische Größen wie die richtungsabhängige Steifigkeit ermittelt werden. Damit jedoch die mikroskopischen Schädigungsvorgänge während der Ermüdung erforscht werden können, ist es erforderlich, die mikromechanische Beanspruchung zwischen Faser und Matrix in Abhängigkeit von der lokalen Faserorientierung zu ermitteln. Hierfür wird der Werkstoff mithilfe der Finite-Elemente-Methode durch ein Einheitszellenmodell abgebildet. Mit einer Abschlussarbeit am IKV hast du die Möglichkeit, dir umfassendes Wissen im Bereich der Simulation anisotroper Werkstoffe anzueignen und damit industrierelevante Fähigkeiten zu erlernen.

© IKV

Die Arbeit hat Bezug zu diesem Forschungsprojekt:

Die Ermüdungsmechanismen in kurzfaserverstärkten Kunststoffen sind aktuell noch nicht vollständig verstanden. Dies liegt vor allem in dem anisotropen Schichtaufbau begründet, welcher aufgrund von Schichtinteraktionen einen komplexen Beanspruchungszustand im Bauteil induziert. Eine makroskopische Charakterisierung der Mesoebene wird somit unmöglich. Aus diesem Grund wurde am IKV ein Spritzgießwerkzeug entwickelt, welches Plattengeometrien mit unidirektionaler Kurzfaserverstärkung generiert. Somit ist es erstmals möglich, in Abhängigkeit der Faserorientierung, die Degradation der mechanischen Eigenschaften während der Ermüdung in der Mesoebene zu charakterisieren. Als Teil der Arbeitsgruppe trägst du zur Erforschung der Werkstoffermüdung bei und unterstützt somit das IKV die Nachhaltigkeit und die Betriebssicherheit technischer Thermoplaste zu erhöhen.

Zielsetzung:

Das Ziel deiner Arbeit wird es sein, mithilfe von Einheitszellenmodellen die Entwicklung des Spannungs- und Schädigungszustandes in der Mikroebene zu simulieren und auszuwerten. Hierfür werden die Komponenten des Spannungszustandes der Matrixphase in der Mikroebene analysiert. Hieraus soll das Werkstoffverständnis während der dynamisch-zyklischen Ermüdung verbessert werden. Mithilfe von Sensitivitätsanalysen werden darüber hinaus die Einflüsse der Modellparameter und -charakteristika ermittelt. Deine Methodik und die erworbenen Erkenntnisse wirst du in einer Bachelor- oder Masterarbeit wissenschaftlich dokumentieren.

Dein Profil:

• Eingeschriebener Student eines MINT-Studienfaches
• Eigenständige und qualitätsbewusste Arbeitsweise
• Interesse an Programmieren und Simulation
• Idealerweise erste Erfahrungen mit der Finite-Elemente-Methode

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