Makroskopische Charakterisierung und Modellierung des frequenzabhängigen Übertragungsverhaltens kurzfaserverstärkter Kunststoffe

Abstract

Kunststoffe gewinnen in technischen Anwendungen immer mehr an Bedeutung. Durch das Beimischen kurzer Glasfasern, wird eine Nutzung auch in thermisch und mechanisch hochbelasteten Strukturbauteilen ermöglicht. Aufgrund der geringeren Steifigkeit und um ein Vielfaches höheren Werkstoffdämpfung im Vergleich zu den klassischen, metallischen Werkstoffen, ist ein Einsatz in schwingungs- oder akustisch-relevanten Komponenten von besonderem Interesse. Um eine zuverlässige Prognose des strukturdynamischen Verhaltens zu ermöglichen, sind genaue viskoelastische Werkstoffdaten sowie ein geeignetes Materialmodell notwendig. Bisherige Methoden legten einen besonderen Fokus auf eine präzise Beschreibung des Werkstoffverhaltens auf mikroskopischer Ebene. Hierbei wurde jedoch häufig das Versuchsverfahren zur Charakterisierung der Werkstoffdaten aus dem Stand der Technik als gegeben angenommen. Es ist jedoch nicht gut für die Ermittlung absoluter Werkstoffkennwerte geeignet. Dies gilt insbesondere für die im Vergleich zu klassischen Polymeren hohe Steifigkeit und geringere Dämpfung der faserverstärkten Kunststoffe unter Berücksichtigung der Einflussfaktoren Anregungsfrequenz, Temperatur sowie Konditionierungszustand. Durch ein präziseres und aufwändigeres Versuchsverfahren und die direkte Charakterisierung der viskoelastischen Werkstoffdaten an faserverstärkten Proben unterschiedlicher Orientierung, kann die Modellierung in der Berechnung deutlich vereinfacht und verallgemeinert werden. Ein präzises Verständnis der Faser-Matrix Interaktion ist dann nicht mehr notwendig, da dies im Verbundverhalten enthalten ist. In der vorliegenden Arbeit wird eine makroskopische Methodik zur Charakterisierung und Modellierung des linear-viskoelastischen Werkstoffverhaltens kurzfaserverstärkter Kunststoffe entwickelt. Hierfür werden jeweils ein Stellvertreter der thermoplastischen Polyamide sowie der duroplastischen Phenolharze untersucht.