DFG SPP1897 HyCEML

  • Ansprechperson:

    M.Sc. Alexander Jackstadt

  • Förderung:

    DFG - Deutsche Forschungsgemeinschaft

  • Projektbeteiligte:

    Institut für Angewandte Materialien - Werkstoffkunde (IAM-WK)

  • Starttermin:

    September 2016

  • Endtermin:

    Septmeber 2022

DFG-Schwerpunktprogramm 1897 calm, smooth, smart: HyCEML - Hybride CFK / Elastomer /Metall-Laminate mit elastomeren Grenzschichten zur gezielten Dissipation

Motivation

Der Leichtbau wird zur Effizienzsteigerung in allen Arten von Fahrzeugen genutzt. Obwohl sich Leichtbaustrukturen hier durch sehr spezifische Steifigkeiten bei geringer Masse auszeichnen, erfüllen monolithische Werkstofflösungen erfüllen selten vollständig das geforderte Eigenschaftsprofil. Der Werkstoffverbund aus CFK, Elastomer und Metall ermöglicht das gezielte Einstellen des Dämpfungsverhaltens von sonst für starke Vibrationen anfälligen Leichtbaukomponenten. Das Material orientiert sich dabei an herkömmlichen Faser-Metall-Laminaten:

CFK/Metall-Laminate:

  • Hohes Energieabsorptionsfähigkeit
  • Anfällig für Korrosion und Delaminationen

Elastomere Zwischenschicht:

  • Einstellung des Dämpfungsverhaltens
  • Ausgleich thermischer Eigenspannungen
  • Unterbindung galvanischer Korrosion
  • Ersetzt Klebstoff zwischen CFK & Metall

 

Wissenschaftliche Ziele

Übergeordnetes Ziel dieses Projekts ist die skalenübergreifende experimentelle und numerische Betrachtung des Eigenschaftsprofils (z.B. Dämpfung, Eigenschwingungen, etc.) von HyCEML (vom Probekörper zum Bauteil). Konkret werden von den beiden Projektpartnern am KIT, FAST und IAM-WK, die folgenden Ziele verfolgt:

  • Experimentelle Charakterisierung des Mullins Effekts und dessen simulative Abbildung in einem geeigneten Materialmodell
  • Experimentelle Bestimmung der durch Low-velocity-impact entstehenden Schädigungsarten an HyCEML
  • Berücksichtigung dieser in entsprechenden Finite-Elemente-Modellen zur effizienten Schwingungs- und Dämpfungsanalyse von geschädigten Bauteilen
  • Ermittlung des Einflusses der unterschiedlichen Schädigungsarten auf das dynamische Verhalten von HyCEML
  • Ableitung von Designrichtlinien zur Auslegung von schädigungstoleranten Dämpfungslaminaten

 

Methoden
  • Intrinsische Herstellung der Laminate in einem Pressprozess
  • Quasistatische Charakterisierung der Konstituenten und der Hybride
  • Dynamisch mechanische Analyse und Modalanalyse
  • Analytisch geschlossene Lösung zur schnellen Vorhersage des Vibrationsverhalten hybrider Laminate
  • Komplexe Materialmodelle zur Abbildung von unterschiedlicher Schädigungen im Laminat

 

Bild FAST-LBT
Abbildung 1: Demonstratorbauteil in unterschiedlichen Laminataufbauten.
Bild FAST-LBT
Abbildung 2: Simulierte Schwingung an einem Demonstratorbauteil dargestellt als normalisierte Verschiebung.
Bild FAST-LBT
Abbildung 3: In den verwendeten Dämpfungsschichten beobachteter Mullins-Effekt.
Bild FAST-LBT
Abbildung 4: Momentaufnahme eines Impactversuchs an HyCEML.

Film zum Projekt am KIT-FAST und KIT-IAM