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Bei Compliantmechanismen ergibt sich die Bewegungsfreiheit durch die elastische Verformung nachgiebiger Elemente. Durch deren Formgebung und Werkstoffauswahl kann das Verformungsbild unter definierter Belastung theoretisch gezielt eingestellt werden. Die Nachgiebigkeit eines einzelnen Mechanismenelements kann dabei über seine gesamte Länge gleichmäßig verteilt oder aber auf einen bestimmten Bereich konzentriert sein. Ein besonderer Vorteil nachgiebiger Elemente ist dabei die Reduktion der Einzelteile und die hiermit verbundene Verringerung der Systemmasse, des Montageaufwands und der Montagekosten. Für den Einsatz im Maschinenbau wird in auch die Möglichkeit einer spielfreien und somit sehr exakten Führung der Bewegung genannt. Zudem ist es durch die Einsparung reibungsbehafteter Berührungselemente bzw. beweglicher Lagerungen möglich, den Verschleiß innerhalb des Mechanismus zu reduzieren. Somit vereinfacht sich auch die Wartung, was den Einsatz von Compliantmechanismen beispielsweise bei schwerer Zugänglichkeit besonders vorteilhaft erscheinen lässt. Eine Herausforderung bei der Entwicklung von Nachgiebigkeitsmechanismen ist die hinreichend genaue Beschreibung des Verformungsverhaltens ihrer nachgiebigen Glieder. Vereinfachte Modellansätze im Sinne der Biegebalken-Theorie 1. Ordnung sind hier nicht geeignet, die großen Verformungen analytisch zu erfassen. Zwar finden sich heute zahlreiche höherwertige Lösungen zur Theorie 2. und 3. Ordnung in einer fast unüberschaubaren Vielzahl von Publikationen – beispielgebend sei genannt – die verallgemeinert auf Grundlagenarbeiten fußen. Die analytische Beschreibung eines Biegebalkens bei großer Verformung ist jedoch noch immer eine komplexe Aufgabe, die ein hohes Maß an mathematischen Fähigkeiten vom praxisorientierten Ingenieur erfordert. Nur die präzise Beschreibung der nachgiebigen Mechanismenelemente eröffnet aber den Weg für eine Genaulagen-Synthese und somit letztlich den breiten Einsatz von nachgiebigen Elementen in Le

Textile Verstärkungsstrukturen werden aufgrund der hohen Variabilität der Fadenablage, dem erreichbaren hohen Automatisierungsgrad und der guten mechanischen Kennwerte in hochbeanspruchten Faser-Kunststoff-Verbundstrukturen eingesetzt. Eine besondere Rolle spielen hier 3D-Textilverstärkungen mit gestreckter Fadenanordnung etwa in Form von 3D-Geweben, Mehrlagengestricken und -gewirken. Sie bieten neben hervorragenden Steifigkeiten und Festigkeiten durch den in Dickenrichtung angeordneten und den Fadenverbund sichernden Maschenfaden einen hohen Widerstand gegen Delaminationen sowie eine gute Drapierbarkeit. In der Arbeit wird ein neuartiges Degradationsmodell für textilverstärkte Kunststoffe bei zyklischer Belastung auf Basis kontinuums-schädigungsmechanischer Ansätze entwickelt. Dazu wird zunächst die Schädigungsphänomenologie exemplarisch für Glasfaser-Mehrlagengestrickverstärktes Epoxidharz sowohl bei einachsiger als auch erstmals bei frequenz- und phasengleicher mehrachsiger zyklischer Belastung untersucht und klassifiziert. In umfangreichen Versuchsreihen sind belastungsspezifische Schäden - in den bereits für quasistatische Beanspruchung identifizierten Bruchmoden - zu beobachten, die sich in charakteristischer Weise über den Verlauf der zyklischen Belastung aufsummieren und eine deutliche Abhängigkeit von der Belastungsart und -richtung aufweisen. In den mehrachsigen Belastungsversuchen konnte die bislang unbekannte unterschiedliche Kopplung der Zug- und Schubsteifigkeitsverläufe bzw. Druck- und Schubsteifigkeitsverläufe quantifiziert und mit den auftretenden Schädigungsphänomenen korreliert werden. Die zur Kalibrierung des Materialmodells notwendigen Kennwerte und Modellparameter werden anhand von ein- und mehrachsigen Einstufenversuchen durch Auswertung der Spannungs-Dehnungs-Hysterese sowie der Schwingfestigkeitsschaubilder ermittelt. Das Potential der hier vorgenommenen schichtweisen Lebensdauermodellierung unter Berücksichtigung von Schädigungsinitiierung, Due to the high variability of the thread placement, the achievable high degree of automation and the good mechanical properties textile reinforcements are used in highly loaded fiber reinforced polymer structures. A specific role is played here by 3D textile reinforcements with stretched thread arrangements, for example in the form of 3D fabrics and multi-layered weft knits. In addition to excellent stiffness and strength, they provide a high resistance to delamination as well as good drapability due to the mesh thread arranged in the thickness direction securing the thread system. In this work a novel degradation model for cyclically loaded textile-reinforced polymers on the basis of continuum damage mechanics approaches is developed. For this purpose, the damage phenomenology is investigated and classified for glass fiber multi-layer weft knit reinforced epoxy resin in uniaxial as well as in-phase multiaxial cyclic loading. In extensive tests load-specific damage can be observed - in the fracture modes already identified for quasistatic stress - which characteristically develop over the course of the cyclic load and show a clear dependence on the type and direction of loading. In the multi-axial load tests, the hitherto unknown coupling of the tensile and shear stiffness or compression and shear stiffness could be quantified and correlated with the occurring damage phenomena. The characteristic values and model parameters necessary for calibrating the material model are determined by means of single- and multi-axial constant amplitude tests by evaluating the stress-strain hysteresis and the S-N curves. The potential of the presented layer-wise fatigue damage model is demonstrated in selected validation experiments. In addition to the realistic modelling of the degradation behaviour, a very good prediction of the direction-dependent residual strength after cyclic loading is achieved. For the first time, the degradation model developed here provides the essential l

Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe sollen in kommenden Fahrzeugprojekten in verstärkter Weise zur Reduzierung des Karosseriegewichtes beitragen. Neue Werkstoffe und Einsatzbedingungen erfordern jedoch in gleichem Maße angepasste Konstruktionen und innovative Fügetechnologien. Um die Realisierung der Gewichtseinsparpotenziale in wirtschaftlich attraktiver Weise zu ermöglichen, muss daher die Fügbarkeit von CFK-Stahl-Verbindungen mittels umformtechnischer Prozesse gewährleistet werden. Insbesondere der bisher unbekannte Einfluss von Fügeimperfektionen stellt in diesem Zusammenhang eine entscheidende Hemmschwelle für den industriellen Einsatz von CFK im Karosseriebau dar. Um sowohl die Einflüsse von Seiten des umformtechnischen Fügens als auch des werkstofflichen Einsatzgebietes CFK zu berücksichtigen, werden im Rahmen dieser Arbeit alle Teilgebiete der Fügbarkeit inklusive der Wechselbeziehungen zwischen Werkstoff, Konstruktion und Fertigung analysiert. Aus dem Verständnis der Fügbarkeit als ganzheitliche, globale Querschnittsfunktion und der damit notwendigen Einbeziehung der Produktentstehungs- und Produktnutzungsprozesse wird zudem eine Ergänzung der Fügbarkeit um den Prozesskettengedanken vorgenommen. Durch analytische und experimentelle Betrachtungen wurde eine auf Regressionsanalysen basierende Methodik, bestehend aus der Einbringung, Quantifizierung und Einflussbewertung von Imperfektionen, entwickelt und validiert. Über diese Methodik kann der Einfluss von Fügeimperfektionen gezielt untersucht und beschrieben werden. Die getätigten Untersuchungen wurden zudem zur Weiterentwicklung geeigneter Fügeverfahren für den Einsatz bei CFK-Mischverbindungen genutzt und die gesammelten Erkenntnisse anschließend in Konstruktionshinweise überführt. Nach der Bewertung aller Herausforderungen, die für das Fügen in der automobilen Prozesskette wesentlich sind, kann die Fügbarkeit von CFK-Mischverbindungen mittels umformtechnischer Prozesse als gegeben betrachtet werden. So

In vielen Bereichen des Leichtbaus haben sich Bolzen- und Nietverbindungen als zuverlässige und effiziente Verbindungstechniken für Mischbauweisen mit Faserverbunden etabliert. Diese Verbindungen bieten im Zusammenhang mit textilverstärkten Thermoplasten zusätzlich das Potential, die technologiebedingt erforderlichen Löcher durch warmlochformende Verfahren einzubringen. Im Gegensatz zu den klassischen Verfahren der Lochherstellung (z. B. Bohren) werden die lasttragenden Fasern hierbei nicht durchtrennt, sondern vorteilhafterweise seitlich in das Lochnahfeld verschoben. In dieser Arbeit werden die technologischen, experimentellen und theoretischen Voraussetzungen für die systematische Analyse dieser Lochformungstechnologie geschaffen und darauf aufbauend ihr Einsatzpotential für automatisierte Fertigungsprozesse aufgezeigt., In many areas of lightweight engineering, bolted and riveted connections are established as reliable and efficient joining techniques for multi-material design with composites. In combination with textile-reinforced thermoplastics, these joints additionally offer the potential of introducing the required holes by warm-forming processes. In contrast to the classic methods of hole manufacturing (e.g. drilling), the load-bearing fibers are not cut, but advantageously shifted aside into the surrounding laminate. In this work, the technological, experimental and theoretical basis for the systematic analysis of this hole moulding technology are provided and, based on this, its application potential for automated manufacturing processes is demonstrated.

The high specific strength and stiffness characteristics of composite materials such as carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) allow a significant weight reduction of the structural machine components such as automobile driveshafts. But high material cost and rather low productivity of the established manufacturing processes (e.g., filament winding) often inhibit the use of CFRP components in a high-volume car series. In this paper, a novel composite driveshaft system based on a profiled CFRP tube is presented. This system is designed to be produced by a continuous pultrusion process to achieve a significant reduction of the manufacturing costs. A cost assessment study was conducted to quantify the benefit of the developed continuous manufacturing process. In comparison with the state-of-the-art filament winding process, a cost reduction of 36% for the composite shaft body can be obtained. Moreover, the proposed fiber layup processes – braiding and continuous winding – offer the potential to manipulate the reinforcement architecture to maximize material utilization without reducing the manufacturing efficiency. This potential is investigated and validated by experimental tests. A difference in the load bearing capacity of more than 100% between different reinforcing architectures is shown.