Die Vorlesung behandelt das mechanische Verhalten von faserverstärkten Polymeren. Durch den Einsatz von Verstärkungsfasern aus Glas, Kohlenstoff oder Naturfasern sind Faserverbundwerkstoffe nicht nur stark heterogen, sondern auch hochgradig anisotrop. Gleichzeitig sind sie aufgrund ihrer geringen Dichte und ihrer hohen gewichtsspezifischen Festigkeiten hervorragend für den Leichtbau geeignet. Das Leichtbaupotential in Verbindung mit der Möglichkeit zum Einsatz nachwachsender und kreislauffähiger Rohstoffe machen Faserverbundwerkstoffe zu einer Schlüsseltechnologie für eine nachhaltige Industrie.

Fokus der Lehrveranstaltung ist die Modellierung des mechanischen Verhaltens faserverstärkter Polymere. Den Studierenden werden Modelle für kontinuierlich und diskontinuierlich faserverstärkte Verbunde (Endlos-, Lang-, Kurzfaserverbunde) auf Mikro- und Makroebene sowie die zugehörigen Homogenisierungsmethoden vermittelt. Zudem werden die notwendigen experimentellen Charakterisierungsmethoden, Fertigungsprozesse und Einsatzgebiete erläutert.

Inhalte:

• Aufbau und Einsatzgebiete von Faserverbundwerkstoffen
• kontinuierlich und diskontinuierlich faserverstärkte Polymere
• Einfluss von Faserlängen und Faservolumenanteilen
• Modellierung von Faserorientierungen
• Homogenisierungsmethoden
• Laminattheorien
• Ansätze zur Modellierung und Simulation auf Bauteilebene
• experimentelle Prüfmethoden zur Ermittlung makroskopischer mechanischer Kennwerte

Lernziele:

Die Studierenden können

• den grundsätzlichen Aufbau von polymeren Faserverbundwerkstoffen erläutern.
• die Unterschiede zwischen kontinuierlichen und diskontinuierlichen faserverstärkten Polymeren sowie deren individuelle Vor- und Nachteile nennen.
• gängige Homogenisierungsmethoden unter Beachtung von Faserlänge, -orientierung und -volumengehalt erklären und anwenden, und somit das mechanische Verhalten auf Bauteilebene beschreiben.
• grundlegende Modelle zur Berechnung und Simulation von kontinuierlichen und diskontinuierlichen Faserverbundkunststoffen nennen und erläutern
• wichtige Experimente zur mechanischen Charakterisierung von Faser-Verbund-Kunststoffen nennen und beschreiben.

H. Altenbach, J. Altenbach, and R. Rikards: Einführung in die Mechanik der Laminat- und Sandwichtragwerke. Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Stuttgart, 1. edition, 1996.

Henning, F.; Moeller, E.: Handbuch Leichtbau: Methoden, Werkstoffe, Fertigung. Carl Hanser Verlag GmbH & Co. KG, 2. Auflage, 2020

H. Schürmann: Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen. ISBN 3-540-40283-7 . Springer Verlag, 2007.

E. J. Barbero: Introduction  to  Composite  Materials  Design. CRC Press, Boca Raton, FL, 2. edition, 2011

E. J. Barbero: Finite Element Analysis of Composite Materials. ISBN: 1-4200-5433-3 . CRC Press, Boca Raton, FL, 1. edition, 2008

Reddy, J. N.: Mechanics of laminated composite plates and shells - Theory and Analysis. USA: CRC Press, Boca Raton, 2004

C. L. Tucker: Fundamentals of Fiber Orientation Description, Measurement and Prediction. Carl Hanser Verlag, München, 2022.

T.  Böhlke et al.: Continuous-Discontinuous Fiber-Reinforced Polymers : An Integrated Engineering Approach. Carl Hanser Verlag, München, 2019.

The lecture is held weekly on Thursdays.
The seminar is held approximately every two weeks on Mondays.