Finite Elemente Simulation von abrasiven Prozessen zur Oberflächenvorbehandlung von CFK

Masterarbeit aus dem Jahr 2019 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Luft- und Raumfahrttechnik, Note: 1,0, Universität Stuttgart (Institut für Flugzeugbau), Sprache: Deutsch, Abstract: Ziel dieser Arbeit ist der Aufbau eines mikromechanischen Simulationsmodells, um die Schleif- und Strahlprozesse an CFK untersuchen zu können. Umgesetzt werden die Simulationen als nichtlineare explizite Analysen mithilfe der Software ANSYS. Der Verbundwerkstoff wird dabei als unidirektionale Schicht aus den Fasern IM7 und dem Epoxidharz RTM6 modelliert. Der Einfluss der Grenzfläche wird durch eine Schicht zwischen Fasern und Harz realisiert. Um die geometrischen Eingangsgrößen für die Simulation zu ermitteln, werden Schleif- und Strahlmittel mit verschiedenen Methoden der Oberflächenanalytik untersucht. Die Materialmodellierung für das Epoxidharz erfolgt mithilfe des dehnratenabhängigen Festigkeits- und Versagensmodells nach Johnson und Cook. Es wird gezeigt, wie die Koeffizienten der Konstitutivmodelle anhand von Messwerten aus der Literatur gebildet werden können.

Für eine fundierte Bewertung der entwickelten Simulationsmodelle werden die betrachteten Oberflächenvorbehandlungsverfahren an realen CFK-Proben durchgeführt. Diese werden anschließend mit modernen Methoden der Oberflächenanalytik wie der Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Die dafür notwendige Probenpräparation erfolgt u. a. durch Cross-Section Ion Milling und Niederdruckplasma-Ätzen. Dadurch wird ein Vergleich der aus Simulation und Experiment gewonnenen Oberflächen möglich. Im Vergleich kann eine gute Wiedergabe der Matrixschädigung und der Faser-Matrix Delamination durch das Simulationsmodell gezeigt werden.