Bauweisen

Das Kompetenzfeld Bauweisen umfasst die beanspruchungs- und fertigungsgerechte Entwicklung von optimierten Leichtbaustrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffen (FKV) sowohl für neue Anwendungen als auch für die Substitution bestehender Konstruktionen aus anderen Werkstoffen.

Eingesetzt werden Finite-Elemente-Programmsysteme (z.B. ABAQUS, ANSYS), spezielle Vernetzungs- und CAD-Programme (z.B. ANSA, SolidWorks) und Optimierungstools (z.B. TOSCA, Isight) sowie eigenentwickelte Subroutinen zur Modellierung und Beschreibung von Festigkeit und Versagensmechanismen von FKV (Festigkeitskriterien, Degradation, nicht-lineare Materialmodelle, Einheitszellenmodellierung).

Dr.-Ing.

Nicole Motsch-Eichmann

Kompetenzfeldleiterin Bauweisen

Spezielle Expertise: Bauweisenentwicklung und Konstruktion von Faserverbundstrukturen, Finite Elemente Berechnung (statisch), Entwicklung von Lasteinleitungsbereichen, Experimentelle Prüfung von Komponenten und Bauteilen, Topologie-und Shapeoptimierung

Branchen Anwendungen (Beispiele)
Luft- und Raumfahrt Rumpf- und Leitwerkstrukturen, Hochauftriebskomponenten
Automobilbau Karosserie- und Fahrwerkstrukturen
Maschinenbau Schnell bewegte Maschinenteile
Sport und Freizeit Fahrradrahmen
Medizintechnik Röntgentransparente Implantate, Orthesen
Energie Druckbehälter, Rotorwellen

Spezielle Leistungsmerkmale

  • Validierung von Konstruktion und Berechnung durch experimentelle Prüfung
  • FE-Einheitszellenmodell zur Steifigkeits- und Festigkeitsvorhersage 3D-verstärkter Laminate
  • Berücksichtigung von nichtlinearem Werkstoffverhalten
  • Druckbehältertool (vom Wickelprozess bis zur Auslegung)
  • Topologieoptimierung
  • Mehraxiale Prüfung (bis zu 6 Prüfzylinder)
  • Komponentenprüfung unter definierten klimatischen Bedingungen innerhalb der Klimakammer
  • Algorithmus zur Faserwinkelbestimmung aus CT-Messung
  • Expertise zu Lasteinleitung in dickwandige Bauteile
  • Kopplung zahlreicher Monitoringsmöglichkeiten (optische 3D-Verformung, Acoustic Emission, in-situ CT, etc.)

Werkstoffe und Fragestellungen

Typische Werkstoffe

  • GFK
  • CFK
  • Duroplaste, Thermoplaste
  • Faserverstärkter Spritzguss
  • 3D-Druck Material

Typische Fragen

  • Wie können endlosfaserverstärkte Bauteile in Kombination mit 3D-Druck individualisiert hergestellt werden?
  • Können metallische Implantate und Orthesen durch eine leichtere faserverstärkte Bauweise mit angepasster Steifigkeit ersetzt werden?
  • Ist es möglich durch in-situ Prüfungen Schädigungsbeginn und -fortschritt im Material zu identifizieren und in der Simulationen abzubilden?

Projekte im Kompetenzfeld Bauweisen

Veröffentlichungen aus der IVW Schriftenreihe in diesem Kompetenzfeld

  • Schimmer, F.

    Einfluss des Matrixsystems und der Strukturkrümmung auf die Schlagbelastbarkeit von Faser-Kunststoff-Verbunden

  • Becker, Y.

    Development and investigatioon of a thermoplastic composite spinal implant under consideration of the interface between short and endless fibre reinforcement

  • Rieger, F.

    Entwicklung eines modifizierten Co-Curing-Verfahrens zur Herstellung von Komponenten aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff

  • Helfrich, B.

    Untersuchungen des Reibwerteinflusses auf die Krafteinleitung in endloskohlenstofffaserverstärkte Polymerwerkstoffe

  • Bücker, M.

    Entwicklung einer Rotorglocke aus dickwandigen glasfaserverstärktem Kunststoff für einen Axialflussmotor mit Schwerpunkt der experimentellen und numerischen Betrachtung der Krafteinleitung

  • Heß, H.

    Experimentelle Charakterisierung und kontinuumsmechanische Simulation des Versagensverhaltens strukturell vernähter Faser-Kunststoff-Verbunde

  • Kaiser, M.

    Zur Anwendung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff im Hochleistungsrahmenbau von Sportfahrrädern

  • Thielemann, K.

    Adaptive Strukturoptimierung von Faserkunststoffverbunden unter Berücksichtigung bionischer Aspekte

  • Roth, A. M.

    Strukturelles Nähen: Ein Verfahren zur Armierung von Krafteinleitungen für Sandwich-Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbund

  • Roth, Y.C.

    Beitrag zur rechnerischen Abschätzung des Scheiben-Elastizitäts-verhaltens in Dickenrichtung vernähter Faser-Kunststoff-Verbund-Laminate

  • Weiss, J.

    Strukturoptimierung auf Basis von bionischen Prinzipien: Topologieoptimierung zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens von Bauteilen

  • Himmel, N.

    Faserkunststoffverbund-Bauweisen

  • Kuhn, M.

    Zur strukturmechanischen Auslegung unidirektional- und gewebeverstärkter Faserkunststoffverbund-Strukturen

  • Krebs, J.

    Design and Testing of a Composite Osteosynthesis Implant

  • Steffens, M.

    Zur Substitution metallischer Fahrzeug-Strukturbauteile durch innovative Faser-Kunststoff-Verbund-Bauweisen

    Externe Veröffentlichungen "Bauweisen"

    Experimental Investigation on the In-Plane Creep Behavior of a Carbon-Fiber Sheet Molding Compound at Elevated Temperature at Different Stress States

    https://www.mdpi.com/1996-1944/13/11/2545

    Load and structural health monitoring of a scaled CFRP rudder stock using electro-mechanical impedance technique

    https://doi.org/10.1117/12.2572816

    First Conclusions on Damage Behaviour of Recycled Carbon Staple Fibre Yarn Using X-ray and Acoustic Emission Techniques

    https://doi.org/10.3390/ma16134842

     

    Detection of Pin Failure in Carbon Fiber Composites Using the Electro-Mechanical Impedance Method

    https://www.mdpi.com/1424-8220/20/13/3732

    Experimental investigation of modified co-curing process for carbon fiber/epoxy-laminates

    https://doi.org/10.1142/S2424913021430013

    Hybrid thermoset-thermoplastic structures: An experimental investigation on the interface strength of continuous fiber-reinforced epoxy and short-fiber reinforced polyamide 6

    https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2020.100060

    Development of a new method for manufacturing hollow fibre-reinforced plastic structures for aeronautical applications using structural CFRP cores

    doi.org/10.1080/14658011.2022.2117120

    Hybrid composite pedicle screw - finite element modelling with parametric optimization

    https://doi.org/10.1016/j.imu.2020.100290

    Hybrid Thermoset-Thermoplastic Structures: An in-depth study on plasma pretreated continuous fiber-reinforced epoxy specimens

    https://doi.org/10.1016/j.jcomc.2022.100281