Mechanische Werkstoffcharakterisierung von technischen Thermoplasten bei sehr hohen Beanspruchungsgeschwindigkeiten

Technische Thermoplaste wurden und werden nicht nur zur Substitution von Metallen unter dem Gesichtspunkt der Gewichtsreduktion eingesetzt. Auch werkstoffspezifische Eigenschaften und prozesstechnische Vorteile sind wichtige Aspekte, welche die Etablierung von Kunststoffen in immer neuen Branchen und Anwendungen vorantreiben. Zu nennen sind in diesem Zusammenhang das hohe gewichtsspezifische Energieabsorptionsvermögen, das Versagen ohne die Ausbildung von scharfkantigen Bruchstücken, die hohe Dämpfung sowie die Herstellung komplexer Strukturen in einem in der Serienfertigung kostengünstigen Prozess mit einer sehr hohen Reproduzierbarkeit.
Die vorliegende Dissertation betrachtet einen Teilaspekt der Konzeptionierungs- und Entwicklungsphase neuer Komponenten und fokussiert dabei auf die mechanische Werkstoffcharakterisierung als Grundlage für die Durchführung von strukturmechanischen Berechnungen unter Verwendung der Finite Elemente Methode (FEM). Der Fokus der im Folgenden beschriebenen theoretischen, mechanischen und numerischen Untersuchungen liegt dabei auf der Analyse von kurzzeitdynamischen Belastungssituationen, die allgemein als Crash- oder Impactbelastungen bezeichnet werden. Dabei werden drei wesentliche Aspekte betrachtet, die zum derzeitigen Stand der Technik als defizitär bzw. als nicht wissenschaftlich analysiert angesehen werden. Dazu zählen die Materialdatenaufbereitung als Grundlage für die Kalibrierung dehnratenabhängiger Materialmodelle in der FEM, das sogenannte „forceoscillation phenomenon“ sowie allgemein die Analyse des Steifigkeits- und Festigkeitsverhaltens von Thermoplasten bei sehr hohen Dehnraten. Darüber hinaus wird eine Einschätzung der aktuellen Möglichkeiten zur Abbildung der im weiteren Verlauf der vorliegenden Arbeit analysierten Effekte mit vorhandenen Modellen innerhalb der Finite Elemente Methode gegeben.