Adaptive Verbundbauteile aus faserverstärktem Kunststoff und Formgedächtnislegierung

Senf, B.; Bucht, A.; Drossel, W.-G.; Auerswald, C.; Schaufuß, J.; Mehner, J.; Elibol, C.; Wagner, M.F.-X.; Brisa, V.J.D.; Schindler, S.; Helbig, F.

Adaptive Verbundbauteile aus faserverstärktem Kunststoff und Formgedächtnislegierung (bibtex)

by B. Senf, A. Bucht, W.-G. Drossel, C. Auerswald, J. Schaufuß, J. Mehner, C. Elibol, M.F.-X. Wagner, V.J.D. Brisa, S. Schindler, F. Helbig

Abstract:

Im Bundesexzellenzclusters EXC1075 "MERGE" wird unter anderem die Integration von Formgedächtnislegierungen (FGL) in thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) untersucht, um adaptive Verbundbauteile zu entwickeln und damit dem steigenden Anspruch an Leichtbaustrukturen in Hinsicht auf serientaugliche Multifunktionalität zu begegnen. Neben der Suche nach einem geeigneten Wirkmechanismus stehen die Charakterisierung der Materialkomponenten einzeln und im Verbund sowie die Fertigungstechnologie und Sensor-/Aktorintegration im Fokus. Der Wirkmechanismus basiert auf dem Materialverhalten der thermischen Formgedächtnislegierung NiTi und ist entscheidend von der Einarbeitung der FGL und der eingesetzten Kunststoffmatrix abhängig. Dementsprechend werden Grenzflächenuntersuchungen unter Variation verschiedener Einflussparameter durchgeführt. Bei der Charakterisierung aller Materialien ist zusätzlich zu den statisch physikalischen Parametern das zyklische Verhalten von Interesse, um auch anwendungsnahen Einsatzkriterien gerecht zu werden. Da sich die FGL über das temperatur- und belastungsabhängige ohmsche Widerstandsverhalten auch als Sensor einsetzen lassen, erfolgen Untersuchungen, um dieses komplexe Materialverhalten auszunutzen. Zur thermischen Aktivierung des Aktormaterials auf Basis der jouleschen Wärme erfolgt die Bestimmung der erforderlichen elektrischen Leistung über eine Energiebilanz. Zur Beschreibung der strukturmechanischen Zusammenhänge dient ein Simulationsmodell, das durch Orthotropie (FKV), Nichtlinearität (FGL) und die Wechselwirkung der unterschiedlichen Materialien gekennzeichnet ist. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll ein Funktionsdemonstrator entstehen, dessen Verhalten gezielt ausgelegt und simuliert werden kann und dessen Fertigungstechnologie eine industrielle Herstellung ermöglicht.

Reference:

Senf, B., Bucht, A., Drossel, W.-G., Auerswald, C., Schaufuß, J., Mehner, J., Elibol, C., Wagner, M.F.-X., Brisa, V.J.D., Schindler, S., Helbig, F.: Adaptive Verbundbauteile aus faserverstärktem Kunststoff und Formgedächtnislegierung, Proceedings: Mehrwert durch Textiltechnik : Tagungsband zur 14. Chemnitzer Textiltechnik-Tagung, 2014, 78-85.

Bibtex Entry:

@InProceedings{Senf2014,
  author    = {Senf, B. and Bucht, A. and Drossel, W.-G. and Auerswald, C. and Schaufu\ss, J. and Mehner, J. and Elibol, C. and Wagner, M.F.-X. and Brisa, V.J.D. and Schindler, S. and Helbig, F.},
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  title     = {{Adaptive Verbundbauteile aus faserverst\"{a}rktem Kunststoff und Formged\"{a}chtnislegierung}},
  year      = {2014},
  address   = {Chemnitz},
  pages     = {78--85},
  abstract  = {Im Bundesexzellenzclusters EXC1075 "MERGE" wird unter anderem die Integration von Formged\"{a}chtnislegierungen (FGL) in thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) untersucht, um adaptive Verbundbauteile zu entwickeln und damit dem steigenden Anspruch an Leichtbaustrukturen in Hinsicht auf serientaugliche Multifunktionalit\"{a}t zu begegnen. Neben der Suche nach einem geeigneten Wirkmechanismus stehen die Charakterisierung der Materialkomponenten einzeln und im Verbund sowie die Fertigungstechnologie und Sensor-/Aktorintegration im Fokus. Der Wirkmechanismus basiert auf dem Materialverhalten der thermischen Formged\"{a}chtnislegierung NiTi und ist entscheidend von der Einarbeitung der FGL und der eingesetzten Kunststoffmatrix abh\"{a}ngig. Dementsprechend werden Grenzfl\"{a}chenuntersuchungen unter Variation verschiedener Einflussparameter durchgef\"{u}hrt. Bei der Charakterisierung aller Materialien ist zus\"{a}tzlich zu den statisch physikalischen Parametern das zyklische Verhalten von Interesse, um auch anwendungsnahen Einsatzkriterien gerecht zu werden. Da sich die FGL \"{u}ber das temperatur- und belastungsabh\"{a}ngige ohmsche Widerstandsverhalten auch als Sensor einsetzen lassen, erfolgen Untersuchungen, um dieses komplexe Materialverhalten auszunutzen. Zur thermischen Aktivierung des Aktormaterials auf Basis der jouleschen W\"{a}rme erfolgt die Bestimmung der erforderlichen elektrischen Leistung \"{u}ber eine Energiebilanz. Zur Beschreibung der strukturmechanischen Zusammenh\"{a}nge dient ein Simulationsmodell, das durch Orthotropie (FKV), Nichtlinearit\"{a}t (FGL) und die Wechselwirkung der unterschiedlichen Materialien gekennzeichnet ist. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll ein Funktionsdemonstrator entstehen, dessen Verhalten gezielt ausgelegt und simuliert werden kann und dessen Fertigungstechnologie eine industrielle Herstellung erm\"{o}glicht.},
  isbn      = {978-3-9812554-9-2},
  keywords  = {FGL, Formged\"{a}chtnislegierung, adaptives Verbundbauteil},
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