Um das komplexe mechanische Langzeitverhalten von Thermoplasten für die Bauteilauslegung besser abschätzen zu können, hat das Kunststoff-Zentrum SKZ ein neues, einfaches Verfahren entwickelt. Denn bisher existierte keine allgemeingültige Vorgehensweise für den Festigkeitsnachweis, für den das Ermitteln werkstofflicher Einsatzgrenzen und damit des möglichen zukünftigen Bauteilversagens eine besondere Herausforderung darstellt.
Bisherige Auslegungsverfahren sind entweder zeit- und kostenaufwändig oder liefern durch pauschale Abminderungsfaktoren und hohe Sicherheitsbeiwerte, die aus Unkenntnis der tatsächlichen Belastungsgrenzen berücksichtig werden, meist sehr konservative Ergebnisse. Eine Praxis, die dem Wunsch nach Leichtbau und Ressourceneffizienz entgegensteht.
Um die Grenzwerte zu bestimmen, entwickelten die Forschenden deshalb ein energiebasiertes Bemessungskonzept, das auf Basis intermittierender Zugversuche werkstofflicher Einsatzgrenzen durch eine Auswertung der Dehnungsamplitude ermittelt.
Zerlegt man die umgesetzte Energie auf geeignete Weise in gespeicherte und dissipierte Energieanteile, kann eine kritische dissipierte Energiedichte bestimmt werden, die charakteristisch für die Schädigungsgrenze des Werkstoffs ist. Unterhalb dieser Schädigungsgrenze ist der Werkstoff „dauerfest“. Das bedeutet, dass es auch nach sehr häufiger Belastung oder langen Belastungsdauern zu keinen Mikroschädigungen kommt, die zu einem späteren Bauteilversagen führen könnten.
Für das Verfahren können Universalprüfmaschinen eingesetzt und dank der neuen Prüfmethodik kann auf zeit- und kostenintensive Langzeitversuche verzichtet werden. Das Verfahren kann für unterschiedliche Thermoplaste (amorph/teilkristallin, spröd/duktil, faserverstärkt/unverstärkt) angewendet werden. Die ermittelten Belastungsgrenzen wurden gegenüber gängigen Auslegungsverfahren (spannungsbezogen beziehungsweise dehnungsbezogen) abgeglichen und erzielten gute Übereinstimmungen.
Die geplante perspektivische Aufnahme des Verfahrens in Normen und Richtlinien wird den Anwendern zusätzliche Sicherheit bei der Auslegung bieten und eine effizientere Gestaltung der Entwicklungsprozesse erlauben.
Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung
Comments are closed, but trackbacks and pingbacks are open.