2023
|
Gebhardt, J.; Schlamp, M.; Ehrlich, I.; Hiermaier, S. Low-velocity impact behavior of elliptic curved composite structures Leichtbau Artikel In: International Journal of Impact Engineering, Bd. 180, S. 104663, 2023, ISSN: 0734-743X. @article{GEBHARDT2023104663,
title = {Low-velocity impact behavior of elliptic curved composite structures},
author = {J. Gebhardt and M. Schlamp and I. Ehrlich and S. Hiermaier},
url = {https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734743X23001744},
doi = {https://doi.org/10.1016/j.ijimpeng.2023.104663},
issn = {0734-743X},
year = {2023},
date = {2023-01-01},
urldate = {2023-01-01},
journal = {International Journal of Impact Engineering},
volume = {180},
pages = {104663},
abstract = {Although many composite structures are inconsistently curved, such as the leading edges of aircraft wings, the variety of research in impact engineering is almost limited to the impact performance of plates or cylindrically curved specimens. It is not known whether the findings obtained from standardized tests can be transferred to curved structures or which adaptions are required. Therefore, a deeper understanding of the deformation and damage behavior of inconsistently curved structures is essential to transfer the observed impact behavior of flat specimens to general curved structures and therefore to utilize the full lightweight potential of a load-specific design. An accurate description of the procedure as well as the results of the experimental and numerical study of the low-velocity impact behavior of differently single-curved elliptic specimens is presented. To close the research gap of the impact behavior of geometries with curvatures between the plates and simplified leading edges, novel specimens geometries have been derived from established impact test standards. Glassfiber-reinforced specimens are subjected to an instrumented impact test at constant impact energy. This is numerically investigated by a stacked-layer model, which used cohesive zone modeling to enable the simulation of matrix cracking, fiber fracture and delamination. The resulting projected damage areas, as well as the force and deflection histories, were evaluated and section cuts were examined to discuss the damage morphology, formation and propagation process. Significant effects on maximum deflection, compliance and dynamic behavior on the size and morphology of damage were found.},
keywords = {},
pubstate = {published},
tppubtype = {article}
}
Although many composite structures are inconsistently curved, such as the leading edges of aircraft wings, the variety of research in impact engineering is almost limited to the impact performance of plates or cylindrically curved specimens. It is not known whether the findings obtained from standardized tests can be transferred to curved structures or which adaptions are required. Therefore, a deeper understanding of the deformation and damage behavior of inconsistently curved structures is essential to transfer the observed impact behavior of flat specimens to general curved structures and therefore to utilize the full lightweight potential of a load-specific design. An accurate description of the procedure as well as the results of the experimental and numerical study of the low-velocity impact behavior of differently single-curved elliptic specimens is presented. To close the research gap of the impact behavior of geometries with curvatures between the plates and simplified leading edges, novel specimens geometries have been derived from established impact test standards. Glassfiber-reinforced specimens are subjected to an instrumented impact test at constant impact energy. This is numerically investigated by a stacked-layer model, which used cohesive zone modeling to enable the simulation of matrix cracking, fiber fracture and delamination. The resulting projected damage areas, as well as the force and deflection histories, were evaluated and section cuts were examined to discuss the damage morphology, formation and propagation process. Significant effects on maximum deflection, compliance and dynamic behavior on the size and morphology of damage were found. |
Judenmann, A.; Höfer, P.; Holtmannspötter, J.; Ehrlich, I. Additive Manufacturing of Continuous Fiber-Reinforced Composites Leichtbau Proceedings Article In: Rieser, Jasper; Endress, Felix; Horoschenkoff, Alexander; Höfer, Philipp; Dickhut, Tobias; Zimmermann, Markus (Hrsg.): Proceedings of the Munich Symposium on Lightweight Design 2022, S. 15–27, Springer International Publishing, Cham, 2023, ISBN: 978-3-031-33758-1. @inproceedings{10.1007/978-3-031-33758-1_2,
title = {Additive Manufacturing of Continuous Fiber-Reinforced Composites},
author = {A. Judenmann and P. Höfer and J. Holtmannspötter and I. Ehrlich},
editor = {Jasper Rieser and Felix Endress and Alexander Horoschenkoff and Philipp Höfer and Tobias Dickhut and Markus Zimmermann},
url = {https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-33758-1_2},
doi = {10.1007/978-3-031-33758-1_2},
isbn = {978-3-031-33758-1},
year = {2023},
date = {2023-01-01},
urldate = {2023-01-01},
booktitle = {Proceedings of the Munich Symposium on Lightweight Design 2022},
pages = {15–27},
publisher = {Springer International Publishing},
address = {Cham},
abstract = {The mechanical properties of additively manufactured plastic components, i. e. strength and stiffness, can limit their use as load-bearing structures. In particular, the use of continuous reinforcing fibers can significantly improve the mechanical properties of additively manufactured components and enable the production of load-bearing fiber composite structures. In this context, it seems reasonable to develop the required equipment and process workflows, but also procedures for the load-optimized positioning of fiber paths inside the component and its design. In this paper, the current challenges in the field of technology development of continuous-fiber reinforced 3D printing are highlighted. Possible solutions for the development of a 3D printing system and the generation of necessary toolpaths are presented on the basis of the FIBER-PRINT 3 project. Contents from a subsequent project present a design strategy for a load-optimized positioning of the continuous fiber reinforcement within the component and the implemented calculation of principal stress trajectories as a step towards optimization of the fiber positioning.},
keywords = {},
pubstate = {published},
tppubtype = {inproceedings}
}
The mechanical properties of additively manufactured plastic components, i. e. strength and stiffness, can limit their use as load-bearing structures. In particular, the use of continuous reinforcing fibers can significantly improve the mechanical properties of additively manufactured components and enable the production of load-bearing fiber composite structures. In this context, it seems reasonable to develop the required equipment and process workflows, but also procedures for the load-optimized positioning of fiber paths inside the component and its design. In this paper, the current challenges in the field of technology development of continuous-fiber reinforced 3D printing are highlighted. Possible solutions for the development of a 3D printing system and the generation of necessary toolpaths are presented on the basis of the FIBER-PRINT 3 project. Contents from a subsequent project present a design strategy for a load-optimized positioning of the continuous fiber reinforcement within the component and the implemented calculation of principal stress trajectories as a step towards optimization of the fiber positioning. |
2022
|
Schlamp, M. Der Einfluss elliptischer Krümmung auf das Verformungs- und Schädigungsverhalten glasfaserverstärkter Kunststoffstrukturen Leichtbau Promotionsarbeit 2022. @phdthesis{Schlamp2022,
title = {Der Einfluss elliptischer Krümmung auf das Verformungs- und Schädigungsverhalten glasfaserverstärkter Kunststoffstrukturen},
author = {M. Schlamp},
editor = {Albert-Ludwigs-Universität Freiburg},
url = {urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2280647},
doi = {10.6094/UNIFR/228064},
year = {2022},
date = {2022-05-24},
howpublished = {Online},
keywords = {},
pubstate = {published},
tppubtype = {phdthesis}
}
|
2021
|
Schimmer, F.; Gebhardt, J.; Motsch-Eichmann, N.; Hausmann, J.; Ehrlich, I. The effect of curvature on the low-velocity impact resistance of CF/PEEK laminates Leichtbau Proceedings Article In: 30 Years IVW Anniversary Colloquium, Leibnitz-Institut für Verbundwerkstoffe Kaiserslautern, 2021. @inproceedings{Schimmer2021,
title = {The effect of curvature on the low-velocity impact resistance of CF/PEEK laminates},
author = {F. Schimmer and J. Gebhardt and N. Motsch-Eichmann and J. Hausmann and I. Ehrlich},
year = {2021},
date = {2021-09-09},
booktitle = {30 Years IVW Anniversary Colloquium},
address = {Kaiserslautern},
organization = {Leibnitz-Institut für Verbundwerkstoffe},
keywords = {},
pubstate = {published},
tppubtype = {inproceedings}
}
|
2020
|
Kastenmeier, A. Biegeverhalten faserverstärkter Kunststoffrohre unter Berücksichtigung einer mehrreihigen Bolzenverbindung Leichtbau Promotionsarbeit Universität der Bundeswehr München, Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, urn:nbn:de:bvb:706-7105, 2020. @phdthesis{Kastenmeier2020,
title = {Biegeverhalten faserverstärkter Kunststoffrohre unter Berücksichtigung einer mehrreihigen Bolzenverbindung},
author = {A. Kastenmeier},
editor = {Ehrlich, Ingo, Prof. Dr.-Ing.; Brünig, Michael, Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil.; Gebbeken, Norbert, Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. },
url = {https://athene-forschung.unibw.de/135000
},
year = {2020},
date = {2020-12-10},
address = {Werner-Heisenberg-Weg 39, 85577 Neubiberg},
school = {Universität der Bundeswehr München, Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg, urn:nbn:de:bvb:706-7105},
abstract = {In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit Fügepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekrümmten Auflageflächen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abstützung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die über FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer möglichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu zählt die Verwendung von zusätzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraftüberleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine Änderung der Abstützung in Lastrichtung. Für das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizität für Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bezüglich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gewährleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probekörpern aus den Rohren bestimmt. },
type = {Dissertation},
keywords = {},
pubstate = {published},
tppubtype = {phdthesis}
}
In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit Fügepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekrümmten Auflageflächen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abstützung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die über FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer möglichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu zählt die Verwendung von zusätzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraftüberleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine Änderung der Abstützung in Lastrichtung. Für das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizität für Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bezüglich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gewährleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probekörpern aus den Rohren bestimmt. |
