Leibniz Universität Hannover Faculty Faculty of Civil Engineering and Geodetic Science
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Institute of Structural Analysis
 
Institute of Structural Analysis Research Composites Department

Abgeschlossene Forschungsprojekte der Abteilung Verbunde

Ermüdung

  • Analyse und Modellierung des Schädigungsverhaltens faserverstärkter Kunststoffe bei zyklischer Beanspruchung mit Lastrichtungsumkehr
    Gegenstand dieses Verbund-Forschungsvorhabens (ISD - Leibniz Universität Hannover, ILK - TU Dresden, IKV - RWTH Aachen, IPC - TU Hamburg-Harburg) ist die Untersuchung der auf unterschiedlichen Skalen ablaufenden Schädigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen bei Schwingbeanspruchung mit Lastrichtungsumkehr. Der Fokus liegt auf der physikalisch basierten Verallgemeinerung vorhandener Schädigungsevolutionsmodelle als essenzieller Bestandteil der Vorhersage des Ermüdungsverhaltens von faserverstärkten Bauteilen. Die Art und Ausprägung von Schädigung bei zyklischer Belastung wird, unabhängig von der betrachteten Skalenebene, vor allem von der aufgeprägten Mittelspannung und Amplitude und damit von der Orientierung des variierenden Lastvektors bezüglich der Faserrichtung bestimmt. Im Forschungsvorhaben werden hierzu die Schädigungsphänomene und das Degradationsverhalten mithilfe von zyklischen Versuchen an mikroskopischen Modellverbunden, Einzelschichten und Laminaten unter Einsatz der optischen Spannungsanalyse und der in-situ-Computertomografie eingehend analysiert. Mithilfe weiterführender numerischer Analysen auf Mikroebene werden physikalisch begründete mathematische Ansätze für das veränderliche Spannungs-Verzerrungs-Verhalten bei zyklischer Belastung mit Lastrichtungsumkehr formuliert. Die erarbeiteten mathematischen Ansätze werden in das bereits für schwellende Ermüdungsbelastung bewährte FE-basierte Ermüdungs-Schädigungs-Modell des ISD implementiert. Damit wird es möglich, die derzeitige Beschränkung der bekannten Modellansätze auf zumeist einstufige und schwellende Beanspruchungen zu überwinden und einen wesentlichen Entwicklungsschritt zu einer realistischen Lebensdaueranalyse von faserverstärkten Kunststoffen bei Betriebsbeanspruchung zu leisten.
    Led by: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Martin Brod, M.Sc.
    Year: 2015
    Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)-Projektnummer 281870175
    Duration: 01.04.2016-31.10.2019

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  • Ökonomischerer Entwurf von Flugzeugstrukturen durch erweiterte und fortschrittliche numerische Bemessungsmethoden (MAAXIMUS)
    Das Ziel des MAAXIMUS Projektes ist es, einen effizienten Entwicklungszyklus einer optimierten Flugzeugstruktur aus Faserverbund zu erstellen. Dabei kommen sowohl neueste Entwicklungen auf dem Gebiet der Faserverbundtechnologie wie auch Fortschritte im Bereich der virtuellen Strukturauslegung zum Einsatz. Das ISD konzentriert sich dabei einerseits auf die Entwicklung von numerischen Verfahren zu Ermittlung des Einflusses von Imperfektionen auf das Stabilitätsverhalten von strukturellen Panelen. Andererseits sollen Multi-Skalen-Modelle entwickelt werden, um die Auswirkungen von Fertigungsdefekten auf die mechanischen Eigenschaften detailliert untersuchen zu können.
    Led by: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Steffen Czichon, Dipl.-Ing. Benedikt Kriegesmann
    Year: 2008
    Funding: Europäische Kommission (EU 7th framework)
    Duration: 2008-2015
  • Dynamischer Entwurf und Bemessung von hochoptimierten Leichtbaustrukturen von Flugzeugen (DAEDALOS)
    Sowohl die europäische Transportpolitik wie auch die europäische Luftfahrtindustrie sind auf sichere und umweltfreundlichere Lufttransportsysteme angewiesen, die gleichzeitig die Entwicklungs- und Betriebskosten erheblich senken. Im Rahmen des DAEDALOS Projektes soll die Umsetzung dieser Ziele durch die Implementierung von dynamischen Effekten in den Entwurfsprozess vorangetrieben werden. So sollen neue Methoden entwickelt werden, die dynamische Lastszenarien basierend auf Effekten wie dynamischem Beulen und Materialdämpfung ableiten.
    Led by: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dr.ir. Eelco Jansen, Dipl.-Ing. Alexander Meurer
    Year: 2010
    Funding: Europäische Kommission (EU 7th framework)
    Duration: 2010-2014
  • Lebensdauererhöhung und Leichtbauoptimierung durch nanomodifizierte und hybride Werkstoffsysteme im Rotorblatt (LENAH)
    Um die Effizienz von Windenergieanlagen in Zukunft zu steigern bedarf es Anlagen mit möglichst großen und gleichermaßen leichten Rotorblättern, was nur in Verbindung mit modernen Faserverbundkunststoffen realisierbar ist. Unter Verwendung eigens am ISD entwickelter numerischer Methoden werden im Rahmen dieses Projekts hocheffiziente Laminatkompositionen aus GFK, CFK und Metallen identifiziert, um Rotorblätter in Zukunft belastbarer, langlebiger und leichter zu konstruieren.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Christian Gerendt
    Year: 2010
    Funding: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
    Duration: 2015-2018
  • Druckversagen von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen -Faser-Knicken-
    Das Verständnis des Phänomens des Faser-Knickens (Fiber Kinking) ist von wesentlicher Bedeutung für die Vorhersage der Steifigkeit und Festigkeit von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) unter Druckbelastung. Die Initiierung und Ausbreitung von Knick-Bändern sind sehr komplexe Probleme, bei denen unterschiedliche Phänomene wie lokale (Material und geometrische) Nichtlinearitäten und lokale Instabilitäten aufeinander wirken und daher berücksichtigt werden müssen. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zum ersten Mal das vollständige progressive Druckversagen der multidirektionalen Laminate (MD-Laminate) simuliert, bei dem mehrere komplexe Versagensmechanismen auftreten und miteinander interagieren. Faser-Knicken, Delaminationen, Faser-Matrix-Ablösung und Martixrisse können in der Simulation berücksichtigt werden.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Majeed Bishara
    Year: 2011
    Funding: International Research Training Group IRTG 1627
    Duration: 2011-2013
  • Neue Bemessungsverfahren für imperfektionssensitive Raketenstrukturen aus Faserverbundwerkstoffen (DESICOS)
    Um die in den nächsten Jahren geplanten Missionen der Raumfahrt unter ökonomischen und sicherheitstechnischen Aspekten zu ermöglichen, ist eine signifikante aber gleichzeitig sichere Gewichtsreduzierung heutiger Trägerraketen notwendig. Im von der EU finanzierten Forschungsprojekt DESICOS hat sich das ISD zum Ziel gesetzt, in Zusammenarbeit mit Airbus Defense and Space, der NASA und weiteren erfahrenen Partnern aus dem Gebiet der Raumfahrt, vorhandene Ansätze zu einem in der Praxis anwendbaren Bemessungsverfahren zu verbinden und weiterzuentwickeln.
    Led by: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: Dipl.-Ing. Alexander Meurer
    Year: 2012
    Funding: Europäische Kommission (EU 7th framework)
    Duration: 2012-2015
  • Mikrorisse - Ursachen und Folgen für die Langzeitstabilität von PV-Modulen (Mikro)
    Die Entstehung und der Fortschritt von Mikrorissen in Silizium-Wafern beschränkt die Lebensdauer von Photovoltaik (PV)-Modulen erheblich. Am ISD werden numerische Modelle zur Simulation von Mikrorissentstehung und -fortpflanzung in polykristallinen Silizium-Materialien entwickelt.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Roozbeh Nabavi
    Year: 2012
    Funding: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
    Duration: 2012-2016
  • Dynamische und aeroelastische Analyse der intelligenten Rotorblätter mit Morphing-Hinterkante
    Ein Trend in der Windindustrie besteht in der Erhöhung des Energieertrags und der Senkung der Energiepreise durch eine Vergrößerung der Windkraftanlagen. Ein unerwünschter Nebeneffekt ist die Erhöhung der Ermüdungsbeanspruchung der Rotorblätter. Das Ziel des Smart Blades Projektes ist daher, diese Ermüdungsbeanspruchungen unter Verwendung von passiven bzw. aktiven Smart Blades zu verringern. Das ISD betreibt umfangreiche Forschung zu aktiven Smart Blades mit flexiblen Hinterkanten. Der Fokus dieses Teilprojektes liegt in hochgenauen aeroelastischen Berechnungen, mit deren Hilfe die Effizienz des Konzepts aktiver Smart Blades detailliert beurteilt werden kann.
    Led by: Prof. Dr.-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Mehdi Garmabi
    Year: 2013
    Funding: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie(BMWi, FKZ 41V6730))
    Duration: 2013-2015
  • Experimentelle und numerisch analytische Erforschung des Schädigungsverhaltens von Hochleistungsfaserverbunden unter sehr hohen Belastungszyklen (SPP 1466)
    In der Windenergietechnik sowie der Luftfahrtindustrie werden Hochleistungsverbundwerkstoffe verwenden, für welche eine Betriebszeit von bis zu 30 Jahren vorgesehen ist, was wiederum bis zu 10e10 Lastwechseln entsprechen kann. Im Rahmen dieses Projekts werden sowohl numerische als auch experimentelle Untersuchungen durchgeführt, um die grundlegenden Schadensmechanismen dieser anisotropen Verbundwerkstoffe im “very high cycle fatigue” (VHCF, bis zu 10e10 Lastwechsel) Bereich zu identifizieren und beschreiben zu können.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Hinesh Madhusoodanan
    Year: 2013
    Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Duration: 2013-2016
  • Auslegung von Multistabile Strukturen mithilfe von Faserverbunden veränderlicher Steifigkeit
    Das Projekt setzt sich zum Ziel, moderne multistabile Strukturen zu entwickeln, die gezielt in unterschiedliche Gleichgewichtszustände gebracht werden können. Dazu kommen Faserverbunde veränderlicher Steifigkeit zum Einsatz, was eine erhebliche Vergrößerung des Bemessungsraumes zur Folge hat. Das Ziel besteht darin, multistabile Strukturen zu generieren, die maximale Verzerrungen senkrecht zur Ebene bei minimalen Durchschlagskräften aufweisen.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Ayan Haldar
    Year: 2013
    Funding: DFG, IRTG 1627
    Duration: 2013-2016
  • Numerische und experimentelle Untersuchungen zum Versagen beim Clinchen von kurzfaserverstärkten Thermoplasten mit Aluminium-Blechwerkstoffen
    Im Rahmen dieses Teilprojekts im SPP1640 wird der Clinchprozess von kurzfaserverstärkten Thermoplasten und Aluminiumblechen numerisch und experimentell untersucht. Auf Basis der Finite-Element-Methode (FEM) wird das thermo-mechanische Verhalten des Kunststoffes und des Aluminiums modelliert und in ein parametrisches Gesamtmodell integriert. Über den Abgleich der Simulationen mit den experimentellen Ergebnissen hinsichtlich der Umformung und der Prüfung der Verbindungsfestigkeit soll abschließend eine Richtlinie zur Herstellung hybrider Verbindungen erstellt werden.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Aamir Dean
    Year: 2014
    Funding: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    Duration: 2014-2016
  • Lebensdauererhöhung und Leichtbauoptimierung durch nanomodifizierte und hybride Werkstoffsysteme im Rotorblatt (LENAH) - Nanopartikel-Modifikation
    Gegenstand des Forschungsvorhabens ist die detaillierte Modellierung von Faserverbundwerkstoffen mit nanoskaligen Matrixadditiven. Das konkrete Ziel ist die Generierung von umfangreichem Wissen über die Interaktion zwischen Nanopartikeln und der Matrix, sowie die Optimierung von erweiterten Materialmodellen zur Verbesserung der numerischen Entwicklungsmöglichkeiten. Um dies zu erreichen, werden numerische Untersuchungen mit der am ISD entwickelten MDFEM-Methode durchführt, welche es ermöglicht atomistische Simulationen mit kontinuumsmechanischen Methoden zu koppeln.
    Led by: Prof. Dr-Ing. habil. Raimund Rolfes
    Team: M.Sc. Robin Unger
    Year: 2015
    Funding: Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF)
    Duration: 2015-2018

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