Schädigungsgrenzen von Kunststoffen
Ein energiebasierter Ansatz
Für den Festigkeitsnachweis an thermoplastischen Kunststoffbauteilen sind bislang keine allgemeingültigen Regelwerke oder Richtlinien verfügbar. Eine besondere Herausforderung besteht dabei in der Ermittlung werkstofflicher Einsatzgrenzen oberhalb derer in Abhängigkeit der herrschenden Einflussfaktoren mit einer Schädigung und schließlich mit Bauteilversagen zu rechnen ist. Das Ziel des Forschungsvorhabens war daher die Entwicklung eines Prüf- und Auswerteverfahrens, das die Bestimmung von Schädigungsgrenzen an Thermoplasten ermöglicht.
Dazu wurde ein energetisch basiertes Bemessungskonzept erarbeitet, welches auf Basis intermittierender Zugversuche die Detektion werkstofflicher Einsatzgrenzen durch Auswertung der Dehnungsamplitude erlaubt. Durch geeignete Zerlegung der umgesetzten Energie mittels modelltheoretischer und geometrischer Verfahren kann eine kritische dissipierte Energie bestimmt werden, welche charakteristisch für die Einsatzgrenze eines Werkstoffs bei gegebenen Einflussfaktoren ist. Dabei konnte an neun Thermoplasten und Varianten mit unterschiedlichen Eigenschaften die Anwendbarkeit des Vorgehens gezeigt werden.
Die Forschungsergebnisse können insbesondere bei der Material- und Produktentwicklung zum Einsatz kommen. Sie erlauben eine neue Art der Materialcharakterisierung und Festigkeitsbewertung und dienen damit einer Verbesserung bei der Bauteilauslegung. Dies steigert die Sicherheit sowie die Lebensdauer von Produkten und kann durch eine effizientere Auslegung zur Ressourcenschonung beitragen. Weiterhin können Entwicklungsprozesse verkürzt werden und Dienstleister das neue Verfahren in ihr Portfolio aufnehmen. Durch Einarbeit in Normen und Richtlinien kann das Verfahren einen Fortschritt bei der Festigkeitsbewertung von Thermoplasten leisten.
