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Jakob Faber
Beitrag zur konstruktiven Gestaltung offener, verrippter Profile aus Faser-Thermoplast-Verbunden mit lastpfadgerechten Verstärkungen
Diese Arbeit gibt Gestaltungsempfehlungen für offene, verrippte Faser-Thermoplast-Profile. Hierfür wird bereits bei einer Analyse der Profilbeanspruchungen in Rahmenwerken angesetzt. Es zeigt sich, dass Biegeanforderungen an Profile deutlich über Torsionsanforderungen priorisiert sind. Dieses Eigenschaftsspektrum lässt sich besonders wirtschaftlich abdecken durch offene Fließpressprofile aus kostengünstigen Wirrfaserformmassen, kombiniert mit unidirektionalen Haupt-Lastpfad-Verstärkungen (HLV) in den zug-/druckbeanspruchten Gurten.
Die Mechanik der offenen, verrippten Profile wird kurz beleuchtet und eine einfache analytische Lösung der dominanten Querkraftbiegung vorgestellt. Ausführliche FE-Parameterstudien und Optimierungsergebnisse sind zu kompakten, anwendbaren Gestaltungshinweisen zusammengefasst. Im experimentellen Teil ist sowohl die fertigungstechnische Umsetzbarkeit als auch die hohe erreichbare Leichtbaugüte bei gelungener Konstruktion dargestellt: Offene HLV-Profile erreichen in Biege- und Torsionsversuchen etwa das Niveau geschlossener Referenzquerschnitte.
Abschließend vorgestellt sind hierbei erarbeitete, neue Maßnahmen gegen die erhöhte Kerbwirkung von Rippen an FKV sowie gegen das Verschwimmen der UD-Schichten im Pressprozess.
Die Mechanik der offenen, verrippten Profile wird kurz beleuchtet und eine einfache analytische Lösung der dominanten Querkraftbiegung vorgestellt. Ausführliche FE-Parameterstudien und Optimierungsergebnisse sind zu kompakten, anwendbaren Gestaltungshinweisen zusammengefasst. Im experimentellen Teil ist sowohl die fertigungstechnische Umsetzbarkeit als auch die hohe erreichbare Leichtbaugüte bei gelungener Konstruktion dargestellt: Offene HLV-Profile erreichen in Biege- und Torsionsversuchen etwa das Niveau geschlossener Referenzquerschnitte.
Abschließend vorgestellt sind hierbei erarbeitete, neue Maßnahmen gegen die erhöhte Kerbwirkung von Rippen an FKV sowie gegen das Verschwimmen der UD-Schichten im Pressprozess.
Schlagwörter: Leichtbau; FKV; Rahmenwerk; Space Frame; Karosserie; Thermoplast; Serienfertigung; Bauweise; Rippen; Träger; Gestaltung; Optimierung; Konstruktionshinweise
Schriftenreihe Konstruktiver Leichtbau mit Faser-Kunststoff-Verbunden
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Helmut Schürmann, Darmstadt
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