Erfolgreicher Abschluss des DFG Projekts „Tolerierung bei der Auslegung endlosfaserverstärkter Faserverbundbauteile“
Das Thema Leichtbau erfährt unter anderem durch gestiegene Anforderungen an Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit ein gesteigertes Interesse aus den verschiedensten Industriebereichen. Der Einsatz moderner Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) Leichtbauwerkstoffe nimmt dadurch, sowie durch neue und weiterentwickelte Fertigungsverfahren ebenfalls zu.
Die Vielzahl an zusätzlichen Entwurfsparametern, welche die FKV-Werkstoffe mit sich bringen, kann durch den Einsatz aktueller Auslegungs- und Optimierungsmethoden beherrscht werden. Jedoch treten im realen Bauteil zusätzlich Abweichungen und Unsicherheiten aus der Fertigung und dem Betrieb auf. Diese können die Erfüllung der Funktionsanforderungen beeinflussen. Aus diesem Grund sind mögliche Abweichungen und Unsicherheiten insbesondere für FKV-Bauteile während der Auslegung zu Berücksichtigen. Bisherige Ansätze des Toleranzmanagements gehen jedoch nicht auf die Besonderheiten des Werkstoffs ein. Das DFG geförderte Forschungsprojekt „Tolerierung bei der Auslegung endlosfaserverstärkter Faserverbundbauteile“ nimmt sich genau dieser Problemstellung an und setzt sich die Bereitstellung eines Vorgehens zur Tolerierung von endlosfaserverstärkten FKV-Strukturen während der Auslegung zum Ziel.
Die im Projekt betrachteten Abweichungen der Laminatparameter beeinflussen sowohl das Verzugsverhalten während des Fertigungsprozesses, wie auch das Strukturverhalten unter Last. Beides wird im Rahmen der Sampling-basierten Toleranzanalyse durch Finite Element Analysen abgebildet. Zur Reduzierung des Rechenaufwands wurden diese durch sogenannte Metamodelle erfolgreich substituiert. Die effiziente Toleranzanalyse stellt die Grundlage des entwickelten Tolerierungsvorgehens dar, welches in Form einer Toleranzoptimierung umgesetzt ist. Dabei werden für die Laminatparameter Toleranzwerte vergeben, sodass definierte Funktionen des Bauteils trotz Abweichungen erfüllt werden können.
Neben der Tolerierung von Bauteilen mit einem über das ganze Bauteil gleichbleibenden Lagenaufbau wurde zudem die Tolerierung von lokal verstärkten Laminaten untersucht. Die meist optimierten lokalen Verstärkungen weisen zusätzliche Entwurfsparameter auf, welche ebenfalls Abweichungen unterliegen. In Verbindung mit dem Auslegungsansatz nach KLEIN und WARTZACK steht zum Abschluss des Projekts ein ganzheitlicher Auslegungsansatz zur Verfügung. Dieser unterstützt die Produktentwickelnden während der Laminatauslegung und –optimierung, bis hin zur Tolerierung der Laminatentwurfsparameter.