Nachhaltiger Leichtbau: Untersuchung zur Ausnutzung der Rest-Tragfähigkeit von Composite-Bauteilen nach der Gebrauchsdauer

Nachhaltiger Leichtbau: Untersuchung zur Ausnutzung der Rest-Tragfähigkeit von Composite-Bauteilen nach der Gebrauchsdauer

Motivation

Leichtbauweisen ermöglichen eine wirksame Schonung von Ressourcen, allerdings weisen die eingesetzten Materialien, etwa Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV), oft einen hohen CO2-Fußabdruck auf. Gestiegenes Umweltbewusstsein und  Ressourcenknappheit führen daher zunehmend zu Überlegungen, wie diese „teuren“ Materialien über das Bauteilleben hinaus, effizienter genutzt werden können.

Eine vielversprechende Überlegung ist dabei,
Bauteile nach ihrer Gebrauchsdauer einem zweiten Einsatz-zweck zuzuführen anstatt sie zu entsorgen.  Allerdings zeigt sich, dass für eine optimale Weiternutzbarkeit, dieser zweite Einsatzzweck bereits bei der initialen Konstruktion mitgedacht werden muss („Design for Reuse“) – eine herausfordernde Auslegungsaufgabe.

 

Inhalt

Ziel dieser Arbeit ist es, Voruntersuchungen zur Weiternutzbarkeit von FKV-Komponenten nach ihrem Einsatz durchzuführen. Hierzu wird zunächst an einem bestehenden Beispielbauteil eine Ermüdungsrechnung durchgeführt, um Bauteilausschnitte zu identifizieren, die potentiell geeignet für eine Weiternutzung sind. Für diese vorgeschädigten Ausschnitte soll mit einer weiteren Ermüdungsrechnung die Rest-Lebensdauer bei einer Weiternutzung in einem neuen Lastszenario ermittelt werden („Reuse“). Anschließend wird untersucht, ob das Bauteil konstruktiv angepasst werden kann, um die Gesamt-Lebensdauer während beider Einsätze zu steigern.

Grundlage der Arbeit sind die Finite-Elemente-Software Abaqus und Femfat. Die Aufgabe umfasst im Einzelnen

  • Recherche zum Stand der Technik und Forschung im Bereich „Structural Reuse“
  • Einarbeitung in die Ermüdungsrechnung und Erstellung von FE-Struktursimulationen für ein Beispielbauteil
  • Konstruktionsanpassung des Beispielbauteils und Durchführung von Vergleichssimulationen
  • Technische Bewertung, schriftliche Ausarbeitung und Dokumentation der Ergebnisse
Voraussetzung:
  • Interesse an faserverstärkten Kunststoffen / Prozesssimulation / Optimierung
  • Eigeninitiative und selbstständige Arbeitsweise
  • Vorteilhaft: Kenntnisse in Programmierung (C++, Python, oder ähnliche)

 

Fachrichtung: Maschinenbau, Wirtschaftsingenieurwesen oder vergleichbar

Art der Arbeit: Simulation

Beginn: Ab sofort

 

KontaktDr.-Ing Clemens Zimmerling
                 Tel.: +49 721 608-45409
                 Email: clemens.zimmerling∂kit.edu

                 M.Sc. Alexander Jackstadt
                 Tel.: +49 721 608-45365
                 Email: alexander.jackstadt∂kit.edu

                 M.Sc. Shubham Gorde
                 Tel.: +49 721 608-45383
                 Email: shubham.gorde∂kit.edu

Bild FAST-LB
Untersuchung zur Ausnutzung der Rest-Tragfähigkeit von Composite-Bauteilen nach der Gebrauchsdauer