Ein Zweiskalenmodell für Sch?digungsvorg?nge bei der spanenden Bearbeitung von kohlenstofffaserverst?rkten Kunststoffen

Das Projekt behandelt die experimentelle Charakterisierung des CFK-Verbundes sowie dessen Komponenten, die Werkstoffmodellierung, die CFK-Zerspanungsversuche und die simulationsgestützte Analyse der CFK-Zerspanung. Das Kernziel ist die simulationsgestützte Vorhersage der Sch?digungsvorg?nge bei der Zerspanung von kohlenstofffaserverst?rkten Kunststoffen. Als Arbeitshypothese werden dazu die vier relevanten Grundsch?digungsarten, d. h. Faserversagen, Matrixversagen, Fasermatrixversagen und Delamination, betrachtet. Auf dieser Basis befasst sich dieses Projekt mit den folgenden Themen:

• Experimente: Die experimentelle Charakterisierung befasst sich mit der messtechnischen Erfassung der temperaturabh?ngigen mechanischen Eigenschaften sowie der Versagensparameter der obengenannten vier relevanten Grundsch?digungsarten der Einzelkomponenten und des Verbundes. Die erforderlichen Versuche des Matrixwerkstoffs und des Verbundes werden bei Dehnraten bis ε? = 1000 s-1 und Werkstücktemperaturen bis T = 100 °C durchgeführt, um die Prozessbedingungen bei der Zerspanung anzun?hern.

• Simulation: Die Werkstoffmodellierung besch?ftigt sich mit einem mikromechanischen Zweiskalenmodell. Die obengenannten vier relevanten Grundsch?digungsarten sowie weitere mechanische Werkstoffeigenschaften werden dazu, basierend auf der experimentellen Charakterisierung, berücksichtigt. Au?erdem handelt es sich bei der Zerspanungssimulation um einen zeitintensiven Prozess. Um die Rechenzeit und damit die Kosten für die Simulation gering zu halten, werden ausschlie?lich Mean-Field-Methoden zur Homogenisierung verwendet.

• Validierung: Bei den CFK-Zerspanungsversuchen werden die n?tigen Daten gemessen, um Sch?digungsarten, Zerspankraftkomponenten und weitere Prozessdaten auszuwerten. Die Anwendung von Orthogonaldreh- sowie von einfachen Fr?sversuchen erm?glicht eine Validierung der Simulationsmodelle mittels FE-Simulationen. Dies erfolgt durch einen stetigen Abgleich von numerischen und experimentellen Daten, mit dem Ziel ein besseres Verst?ndnis der Ph?nomene beim CFK-Drehen und -Fr?sen zu erhalten.