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Ermittlung des hydrothermischen Alterungsverhaltens endlosfaserverstärkter Thermoplaste ... (DFG)

Projekttitel

Ermittlung des hydrothermischen Alterungsverhaltens endlosfaserverstärkter Thermoplaste und Entwicklung eines ultraschallbasierten Messsystems zur zerstörungsfreien Charakterisierung des Alterungszustands für die Komponentenüberwachung und Restlebenszeitprädiktion (DFG 260306237)

Kurzfassung

Basierend auf der Erweiterung des grundlegenden Materialverständnisses endlosfaserverstärkter Thermoplaste insbesondere bezüglich ihres Alterungsverhaltens, soll im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens ein ultraschallbasiertes Messsystem zur zerstörungsfreien Charakterisierung des Alterungszustands entwickelt werden.

Materialspezifisch werden die Einflussgrößen Temperatur und Feuchtigkeit sowie der Grad der Vorschädigung untersucht. Es werden die unterschiedlichen Arten der Schädigung und ihr Einfluss auf die mechanischen Werkstoffkennwerte ermittelt. Weiterhin wird basierend auf dem erarbeiteten Materialverständnis der Zusammenhang zwischen akustisch- und mechanisch-charakterisiertem Alterungszustand bestimmt, um daraus Ansätze zur Inline-Restlebensdauerprädiktion mittels zerstörungsfreier Prüfung zu entwickeln.

Dazu werden in mehreren Arbeitsschritten die durch die Alterung auftretenden physikalischen und chemischen Materialveränderungen ermittelt und charakterisiert. Parallel wird eine Datenbasis mit mechanischen (Zugfestigkeit, E-Modul, Schlagzähigkeit) und akustischen Materialkennwerten (richtungs- und frequenzabhängige Schallgeschwindigkeiten bzw. Dämpfung, etc.) aufgebaut. Auf Grundlage dieser Datenbasis wird ein Modell erstellt, welches eine Verknüpfung des zerstörungsfrei ermittelbaren akustisch charakterisierten Alterungszustands mit dem nur durch zerstörende Prüfungen ermittelbaren mechanischcharakterisierten Alterungszustand ermöglicht. Die anhand dieses Forschungsantrags gewonnenen Erkenntnisse können als Grundlage dienen, den Einsatz von endlosfaserverstärkten Thermoplasten in sicherheitsrelevanten Serienanwendungen, wie z.B. dem Automobilbereich, zu steigern bzw. ein breiteres Anwendungsspektrum endlosfaserverstärkter Thermoplaste zu ermöglichen.

Kooperationspartner:

Prof. Dr.-Ing. Elmar Moritzer (Kunststofftechnik Paderborn, Universität Paderborn) 

Projektlaufzeit:

2014 bis 2016

Projektbezogene Publikationen


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Determination of the material properties of polymers using laser-generated broadband ultrasound

L. Claes, T. Meyer, F. Bause, J. Rautenberg, B. Henning, Journal of Sensors and Sensor Systems (2016), 5(1), pp. 187-196


Characterization of Continuous-fiber Reinforced Thermoplastics Using Thermoacoustically Excited Ultrasonic Lamb Waves

M. Webersen, S. Johannesmann, L. Claes, B. Henning, in: 2016 IEEE IUS~Proceedings, 2016


Inverser Ansatz zur akustischen Charakterisierung plattenförmiger Materialproben

S. Johannesmann, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: Fortschritte der Akustik - DAGA 2017, Deutsche Gesellschaft für Akustik e.V. 2017, 2017, pp. 999-1002


Ultrasonic measurements in the characterization of viscoelasticity and aging of polymers

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, B. Henning, in: PROCEEDINGS -- AMA Conferences 2017, 2017, pp. 414


Viskoelastizität und Anisotropie von Kunststoffen: Ultraschallbasierte Methoden zur Materialparameterbestimmung

F. Bause, L. Claes, M. Webersen, S. Johannesmann, B. Henning, tm - Technisches Messen (2017), 84(3)


Guided ultrasonic waves for determining effective orthotropic material parameters of continuous-fiber reinforced thermoplastic plates

M. Webersen, S. Johannesmann, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, Ultrasonics (2018), 84, pp. 53-62


Einfluss mechanischer Vorspannung auf das mechanische Materialverhalten von Polymeren

M. Webersen, S. Johannesmann, T. Brockschmidt, F. Rump, L. Claes, B. Henning, 2018


Akustische Charakterisierung der richtungsabhängigen elastischen Eigenschaften faserverstärkter Kunststoffe

M. Webersen, S. Johannesmann, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, in: Fortschritte der Akustik - DAGA 2018, 2018, pp. 1263-1266


An acoustic waveguide-based approach to the complete characterisation of linear elastic, orthotropic material behaviour

S. Johannesmann, J. Düchting, M. Webersen, L. Claes, B. Henning, tm - Technisches Messen (2018), 2018(85), pp. 478-486


Acoustic material characterization of prestressed, plate-shaped specimens

S. Johannesmann, T. Brockschmidt, F. Rump, M. Webersen, L. Claes, B. Henning, in: Sensoren und Messsysteme, VDE Verlag GmbH, 2018, pp. 231-234


Characterization of the linear-acoustic material behavior of fiber-reinforced composites using lamb waves

S. Johannesmann, M. Webersen, J. Düchting, L. Claes, B. Henning, in: 45th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation , 2019


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