Experimentelle und numerische Analyse des In-situ-Hybridisierungsprozesses für dreidimensional geformte Faser-Metall-Laminate

In dieser Ausarbeitung wird der In-situ-Hybridisierungsprozess, ein neuer einstufiger Prozess zur Herstellung von endkonturnahen, dreidimensional geformten Faser-Metall-Laminaten (FML), untersucht. Dieser kombiniert den Tiefziehprozess aus der Metallumformung, sowie das Resin Transfer Molding reaktiver Thermoplaste aus der Faserverbundherstellung. Vor, während oder nach dem Tiefziehprozess wird eine reaktive Matrix zwischen Deckbleche aus Metall injiziert. Die Matrix infiltriert die Fasern, polymerisiert nach der Umformung und bildet so die Grenzfläche zwischen dem Faserverbund und den metallischen Deckblechen aus. ... mehrDie hergestellten FML-Bauteile werde experimentell bezüglich der prozessinduzierten Eigenschaften untersucht. Zusätzlich wird für ein detaillierteres Prozessverständnis ein makroskopisches numerisches Prozessmodell in der Finiten Element Software ABAQUS/Explicit entwickelt. Hierfür wird der Fokus auf die Beschreibung des Gewebematerialverhaltens gelegt und ein hyperelastisches Materialmodell mit gekoppelten Rovingeigenschaften unter Zug-, Druck- und Schubbeanspruchung formuliert. Die Kombination der experimentellen und numerischen Ergebnisse liefert detaillierte Analysen der Prozessführung auf die FML-Eigenschaften.

In this study, the in-situ-hybridization process, a novel one-step process for manufacturing near-net-shape, three-dimensional fiber-metal laminates (FML), is investigated. The process combines deep drawing from metal forming with resin transfer molding (RTM) of reactive thermoplastics from composite manufacturing. During or after the deep drawing process, a reactive matrix is injected between the metal face sheets, infiltrating the fibers, polymerizing after forming, and thus forming the interface between the fiber composite and the metallic face sheets. The produced FML components are experimentally analyzed with regard to the process-induced properties. ... mehrAdditionally, a macroscopic numerical process model is developed in the finite element software ABAQUS/Explicit to gain deeper insights into the process mechanics, focusing on the description of the fabric material behavior through a hyperelastic material model with coupled roving properties under tension, compression, and shear. The combination of experimental and numerical results provides detailed analyses of the process control and its impact on FML properties.