Mechanische Auslegung von SMC-Bauteilen und Charakterisierung der relevanten Werkstoffeigenschaften

Sheet Moulding Compound (SMC) wird bevorzugt für Anwendungen in der Karosserieaußenhaut eingesetzt. Bei der Bauteilherstellung ergeben sich anisotrope Eigenschaften aufgrund der Faserorientierungsvorgänge. In der industriellen Praxis erfolgt die Auslegung jedoch mit isotropen Kennwerten. Eine Bauteiloptimierung ist somit noch nicht möglich. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit eine Methode zur mechanischen Auslegung von SMC-Bauteilen unter Berücksichtigung von orientierungsabhängigen Dimensionierungskennwerten entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass der unidirektionale Fließversuch zur Herstellung von homogenen Prüfplatten geeignet ist, wobei der jeweilige Orientierungszustand durch den Belegungsgrad gewählt werden kann. Diese Prüfplatten dienen der Entnahme von Probekörpern zur experimentellen Charakterisierung der Kennwerte bei Zug-, Druck- und Schubbelastung. Für die Steifigkeitsanalyse ermöglicht das Drei-Parameter-Modell eine genaue Beschreibung der gemessenen anisotropen Spannungs/Verzerrungs-Verläufe. Die Versagensgrenzen weren über die Formulierung eines Versagenskriteriums der FE-Analyse zur Verfügung gestellt. Die Biegefestigkeit darf als Versagensgrenze nicht verwendet werden, da es sich bei dem Schädigungsverlauf um ein sukzessives Bruchgeschehen handelt. In einem weiteren Teil der Arbeit erfolgt die Anwendung und Verifikation der konzipierten Auslegungsmethode. Zunächst wird die Verknüpfung eines Strukturanalyseprogramms mit den orientierungsabhängigen Ergebnissen der Prozess-Simulation beschrieben. Die anschließende Bewertung von Mess- und Berechnungsergebnissen zeigt, dass das Steifigkeits- und Versagensverhalten nur durch die Verwendung von orientierungsabhängigen Kennwerten hinreichend genau bestimmt werden kann. Die weiteren Einsatzpotenziale der Versagensanalyse werden beschrieben und diskutiert.