ISBN 9783843957489

978-3-8439-5748-9, Reihe Luftfahrt

Ruben Czichos
Beitrag zur numerischen Modellierung mesoskopischer Kohlenstofffasergeflechtstrukturen unter Berücksichtigung prozessinduzierter Variabilitäten

287 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2026), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Faserkunststoffverbunde (FKV) werden aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften zunehmend in hochbelasteten Anwendungen eingesetzt. Geflochtene Textilien bieten dabei besondere Vorteile hinsichtlich Anpassbarkeit und endkonturnaher Fertigung. Eine zentrale Herausforderung besteht jedoch in der prozessbedingten Variation der Faserarchitektur, die experimentell nur schwer zu quantifizieren ist. Gleichzeitig erschwert die komplexe und variable textile Architektur die Anwendung etablierter numerischer Methoden, die zwar unidirektionale Laminate zuverlässig beschreiben, bei geflochtenen Bauteilen jedoch an ihre Grenzen stoßen.

Diese Arbeit untersucht daher den Einfluss der Flechtprozessparameter auf die entstehende Faserarchitektur sowie deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften. Dazu werden Prozessgeschwindigkeit und Fadenvorspannung gezielt variiert und die resultierenden Textilien anhand eines umfassenden Qualitätskriteriums bewertet, welches Flechtwinkelabweichungen, Streuungen, Faserschädigung und Bedeckungsgrad berücksichtigt. Aufbauend darauf erfolgt eine experimentelle Charakterisierung des mechanischen Verhaltens.

Ergänzend wird eine durchgängige Simulationsmethodik entwickelt, die eine virtuelle Analyse geflochtener Bauteile unter Berücksichtigung prozessbedingter Variabilitäten entlang der gesamten Prozesskette ermöglicht. Durch die Kopplung von Prozess- und Struktursimulation sowie einer Multi-Skalen-Betrachtung kann das komplexe und anisotrope Werkstoffverhalten vollständig abgebildet werden. Der entwickelte Ansatz erlaubt damit eine realitätsnahe Bewertung geflochtener Strukturen unter statischer und dynamischer Belastung und trägt wesentlich zur verbesserten Auslegung dieser Werkstoffklasse bei.