Mehr Sicherheit im Kunststoffdesign
Karosserieteile von Rennwagen werden längst nicht mehr aus Metallblech hergestellt, wie mancher technische Laie glauben mag, sondern zumeist aus faserverstärkten Kunststoffen. Doch nicht nur die Automobilbranche, sondern auch der Schiffbau und die Luft- und Raumfahrttechnik machen bei der Herstellung ihrer Produkte - ob für zivile oder militärische Anwendungen - ausgiebig Gebrauch von diesen Kunststoffmaterialien. Und auch die chemische Industrie setzt bei komplex geformten Tanks, Behältern und Rohrleitungen zumeist auf diese Materialien. Ein weiterer Bereich, in den FVKs während der letzten Jahre Einzug gehalten haben, ist die Verstärkung von Stahlbetonstrukturen mit modernen FVK-Verbundwerkstoffen. Die Besonderheit, die FVKs in all diesen Industriezweigen derart populär gemacht hat, liegt in ihren enorm günstigen Materialeigenschaften. Dazu zählen neben ihrem geringen Gewicht ihre hohe Festigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit sowie ihre ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die einfache Verarbeitung und ihre überlegene Kosteneffizienz im praktischen Einsatz. Doch erst vor kurzem wurde das für die Grundkonzepte für FVK-Komponenten zu berücksichtigende Schädigungsverhalten von FVK - insbesondere an Sandwichstrukturen - eingehend untersucht. In diesem Projekt gelang es nun, eine umfassende Methodik für die Ermittlung der Schädigungstoleranz zu entwickeln, die alle wichtigen, beim Design von FVK-Sandwichstrukturen zu berücksichtigenden Aspekte abdeckt. Im Detail wurde eine Serie von analytischen Tools für die Vorhersage der Festigkeit und Ermüdungslebensdauer (bis zum Durchbruch) geschädigter Sandwichstrukturen entwickelt und erfolgreich anhand von experimentellen Ergebnissen getestet. Diese Tools lassen sich mit einer Reihe von analytischen Verfahren kombinieren, die unter Verwendung von Prüfmustern und realen Komponenten entwickelt und überprüft wurden. Daneben wurden auch mehrere Verfahren für die zerstörungsfreie Prüfung von realen Strukturen unter Einsatzbedingungen erarbeitet, ausgewertet und mit anderen Verfahren verglichen. Die Projektergebnisse können zu neuen, sicheren und kostengünstigen Designverfahren beitragen, die die Schädigungstoleranz erhöhen und die Auswirkungen von Schäden auf die strukturelle Effizient von FVK-Komponenten auf ein Minimum begrenzen.
