Die Modellierung von textilen Bewehrungsstrukturen ist für die Abbildung des Prozesses der Bauteilherstellung, insbesondere bei Umformvorgängen, notwendig, um eine Aussage über die Lage der Verstärkungsrovings im fertigen Bauteil treffen zu können. Hierzu ist sowohl die Kenntnis über die Geometrie des Textils in Abhängigkeit von den Parametern des Herstel-lungsprozesses notwendig, als auch das Wissen über das mechanische Verhalten bei unterschiedlichen Lastfällen. Diese Arbeit leistet hierzu durch Schaffung der experimentellen Grundlagen, Aufstellung eines Prüfplans und Entwicklung eines Modellansatzes einen wesentlichen Beitrag.

Zur Ermittlung der mechanischen Kennwerte werden unterschiedliche Prüfverfahren benötigt. In vielen Fällen sind vorhandene Prüfverfahren nicht für die hochfesten Bewehrungs-strukturen geeignet. Außerdem erzeugen die neuen Anwendungsfelder die Notwendigkeit der Ermittlung von neuen Kenngrößen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb neue Prüf-verfahren entwickelt oder bestehende Verfahren den neuen Gegebenheiten der gitterartigen Textilstrukturen angepasst.

Die experimentellen Untersuchungen haben einen deutlichen Einfluss sowohl der Prozessparameter in der Textilherstellung, wie Bindungstyp, Maschenreihenabstand oder Wahl des Verstärkungsrovings, als auch der Prüfparameter auf die gemessenen Kenngrößen gezeigt. Zu den Prüfparametern zählen insbesondere die Vorspannkraft, die Prüflänge und die Prüfgeschwindigkeit, die Wahl der Probengeometrie, Einsatz einer externen Dehnungserfas-sung oder Wahl der Umlenkkörper. Das Aufbringen einer Drehung im Zugversuch am Roving führt beispielsweise zu einer Erhöhung der Festigkeit von bis zu 70 %. Eine Verdopplung der Garnfeinheit führt zu einer Erhöhung der Biegesteifigkeit um ca. 300 %. Ein Wechsel der Bindungsart von Trikot geschlossen zu Franse führt zu einer Reduktion der Schersteifigkeit um ca. 70 %. Diese Beispiele verdeutlichen die Notwendigkeit der Berücksichtigung der Prozess- und Prüfparameter.

Für die verschiedenen Ebenen wurden die relevanten Kenngrößen zusammengestellt sowie Ergebnisbereiche aufgezeigt. In der Mikroebene sind diese Kennwerte die Faserfeinheit, die Faserdichte, die Faserdicke sowie das KD-Verhalten der Faser. Die relevanten Kenngrößen in der Mesoebene sind die Garnfeinheit, der Kompressionsverlauf, der Reibungskoeffizient und das KD-Verhalten des Garns. Für die Makroebene sind die Bestimmung des Flächengewichts, der Dicke, des KD-, Biege- und Scher-Verhaltens des Textils, der Drapierfähigkeit sowie die Auszugsfestigkeit relevant.

Der Einfluss der Prozessparameter auf die gemessenen Kenngrößen wurde bewertet, so dass ein Prüfplan entwickelt werden konnte, der zum einen für den Handel und zum anderen für die Simulation in unterschiedlichen Detaillierungsebenen die zu ermittelnden Kennwerte sowie die durchzuführenden Prüfungen inklusive der Prüfparameter vorgibt.

Die Querschnittsgeometrie der Verstärkungsrovings wird ebenfalls deutlich von den Prozessparametern, wie beispielsweise dem Bindungstyp und dem Maschenreihenabstand, und von der Wahl des Verstärkungsrovings beeinflusst. Durch eine Beschreibung mit Hilfe von ma-thematischen Funktionen ist eine geometrische Darstellung der Strukturen in der Meso-ebene möglich. Es kann eine Auswahl zwischen einer Parabel- und einer Ellipsenform für die Querschnittsgeometrie des Rovings getroffen werden. Die maschinentechnischen Randbe-dingungen wie Abstände der Nadeln und Einzugsmöglichkeiten sind ebenso berücksichtigt wie der Effekt, dass sich die Verstärkungsrovings in den Bereichen zwischen den Quer-rovings durchbiegen. In der Makroebene wird ein Roving auf einen Stab bzw. Balken redu-ziert, somit ist dieser Detaillierungsgrad in dieser Ebene nicht notwendig.

Zur Untersuchung des Deformationsverhaltens aufgrund unterschiedlicher Belastungsfälle wurden Ersatzmodelle für das Textil in der Makroebene entwickelt. In Abhängigkeit von der zu simulierenden Problemstellung wurde für weitergehende Untersuchungen eine Empfehlung für eine Modellierungsebene ausge-sprochen.

Der Nutzen der Arbeit liegt in unterschiedlichen Bereichen. Der entwickelte Prüfplan gibt vor, welche Prüfungen für die Qualitätssicherung in der Produktion bzw. für den Handel wünschenswert sind. Weiterhin kann dem Prüfplan entnommen werden, welche Prüfungen bei einer Simulation in den unterschiedlichen Ebenen notwendig sind. Untersuchungen zum Kraft-Dehnungs-Verhalten von Garnen haben zu einer Neuentwicklung eines Prüfaufbaus geführt. Dieser wird derzeit in Zusammenarbeit mit der Industrie zu einem kommerziellen Produkt umgesetzt. Für die unterschiedlichen Anwendungsklassen, wie plattenförmige, einfach oder komplex gekrümmte Bauteile oder Fachwerke wurde eine Empfehlung für ein Be-wehrungstextil ausgesprochen, so dass für zukünftige Bauwerke die Entscheidung signifikant vereinfacht wird. Ein weiterer Punkt ist die Vorbereitung der Simulation des Verformungs-verhaltens der textilen Bewehrung. Nach einer vollständigen Umsetzung können zukünftig Bewehrungspläne für komplex gekrümmte Bauteile unter Berücksichtigung der Faserver-schiebungen erstellt werden.