AbsorpAdhesive - Simulation des Dämpfungsverhaltens geklebter Kunststoffverbindungen unter dynamischer Beanspruchung

Das - im Vergleich zu Metallen - sehr gute Dämpfungsverhalten von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) soll in dem Projekt AbsorpAdhesive für eine dynamische Anwendung im Transportwesen genutzt werden. Hierbei wird das Ziel verfolgt, einen PKW-Anhänger aus pultrudierten FKV-Profilen zu entwickeln und herzustellen. Als weiteres Element dient die Klebung zwischen den unterschiedlichen Profilen, um die Strukturdämpfung des Anhängers möglichst zu maximieren. Das Projekt wird von drei Forschungseinrichtungen durchgeführt und durch einen projektbegleitenden Industrieausschuss unterstützt. Innerhalb der drei Forschungseinrichtungen wird die komplette Prozesskette von der Klebung auf Couponebene über die Entwicklung einzelner Baugruppen bis hin zum gesamten Anhänger untersucht (vgl. Abbildung 1).

Forschungsschwerpunkt des IVW ist die Untersuchung des Dämpfungsverhaltens der pultrudierten Profile sowie die Dämpfungsuntersuchung verklebter Profile. An den Einzelprofilen wurden zunächst Ausschwingversuche durchgeführt. Über ein optisches Messsystem wurde der Ausschwingvorgang des Profils dreidimensional aufgezeichnet und ausgewertet. Anhand einer Fast Fourier Transformation konnten die ersten Eigenfrequenzen der Probekörper bestimmt werden. Zur Validierung der Ergebnisse wurden die jeweiligen Probekörper mittels einer Finite-Elemente-Analyse (FEA) modelliert und eine Modalanalyse durchgeführt. Abbildung 2 zeigt einen Vergleich von FEA und Experiment; in Höhe der Eigenfrequenzen kommt es zu einer sehr guten Übereinstimmung. Anhand des Ausschwingverhaltens der Probekörper wurde mittels des logarithmischen Dekrements das Dämpfungsverhalten der Profile bestimmt.

Zusätzlich zu den Ausschwingversuchen wurde das Dämpfungsverhalten des Materials mittels einer dynamisch mechanischen Analyse (DMA) bestimmt. Die Untersuchungen wurden sowohl an mattenverstärkten als auch an unidirektional (UD) verstärkten Flachprofilen durchgeführt. Die Ergebnisse dieser Versuche sind in Abbildung 3 zusammengefasst. Getestet wurden die Proben in einem Frequenzbereich von 1 Hz bis 100 Hz. Außerdem wurde die Belastung der Probe variiert. Es wurden sowohl Biege- als auch Zugversuche an dem Material durchgeführt, dabei zeigten sich folgende Ergebnisse: Einerseits ist erkennbar, dass bei gleicher Belastung die Mattenverstärkung zu einem höheren Dämpfungswert (tan delta []) als die unidirektionale Verstärkung führt. Anderseits ist bei gleicher Faserorientierung die Dämpfung im Zugversuch niedriger als im Biegeversuch. Beide Ergebnisse sind gut mit dem Stand der Technik vereinbar. Bei FKV kommt der Großteil der Strukturdämpfung aus dem Matrixmaterial. Dementsprechend zeigen Belastungen, bei denen höhere Lastanteile von der Matrix übernommen werden, einen höheren Dämpfungswert als Belastungen, bei denen ein Großteil der Last durch die Fasern übernommen wird. Sowohl bei der Mattenverstärkung als auch bei der Biegebelastung nimmt die Belastung der Matrix, und somit die Dämpfung des Materials, im Vergleich zur UD-Verstärkung und zur Zugbelastung zu.