Schubverhalten unverstärkter Thermoplaste

Mittels biaxialer Schubversuche konnte das Verhalten eines unverstärkten Thermoplasts bis hin zum eintretenden Schubversagen charakterisiert werden.

Duktile Thermoplaste: eine experimentelle Herausforderung

Unverstärkte Thermoplaste werden aufgrund ihrer hohen Duktilität häufig im Automobilbau eingesetzt. Diese hohe Duktilität und die geringe Neigung zum Schubversagen sorgen jedoch dafür, dass die mechanische Charakterisierung der Materialeigenschaften mit Problemen verbunden ist. Insbesondere die Messung der Versagensdehnung unter Schubbelastung ist experimentell schwierig, da sich typische Schubproben so stark verformen, dass am Ende kein Schubspannungszustand mehr vorliegt. Das Versagen tritt stattdessen häufig unter Zugbelastung in Kerben auf. Für eine Kalibrierung von Versagensmodellen solcher Materialien ist die Bestimmung des Schubversagens jedoch erforderlich.

Biaxiale Schubversuche als alternativer Versuchstyp

Am Fraunhofer EMI wurde daher als Alternative zu typischen Scherzugversuchen ein Schubversuch an einem Biaxialprüfstand entwickelt. Dabei wird eine kreuzförmige Probe in einer Richtung gezogen und senkrecht dazu gestaucht. Im Probenzentrum entsteht dabei ein Schubspannungszustand. Mithilfe von Finite-Elemente-Simulationen und Optimierungssoftware konnten die Probengeometrie und die Verfahrwege der Aktuatoren des Prüfstands dahingehend optimiert werden, dass dieser Schubzustand auch bei sehr hohen Verformungen des Materials aufrechterhalten wird, bis letztendlich ein Riss in der Probenmitte auftritt. Mit diesem alternativen Versuchstyp kann das Schubversagen duktiler Thermoplaste zuverlässig bestimmt werden.

Die gesamten Forschungsergebnisse sind in der Veröffentlichung »FAT-Schriftenreihe 353« öffentlich zugänglich.

Förderhinweis:

Das IGF-Vorhaben 20418 N der Forschungsvereinigung Automobiltechnik e. V. (FAT) wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.