Lebensdauerprognose für additiv gefertigte Kunststoffbauteile mittels bruchmechanischer Konzepte
Benjamin Bauer
Aufgrund ihres hervorragenden Werkstoffprofils kommen technische Kunststoffe zunehmend im industriellen Bereich zum Einsatz. In der Regel liegt ein periodisches Belastungsprofil vor, sodass die Aspekte des Ermüdungsrisswachstums bei der Auslegung dieser Strukturen berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus konzentrieren sich Industrieunternehmen aufgrund der hohen Nachfrage nach individuell gefertigten Bauteilen zunehmend auf additive Fertigungsprozesse. Diese Dissertation umfasst die grundlegende Analyse des bruchmechanischen Verhaltens des technischen Kunststoffs PA12 in Abhängigkeit der Herstellungsverfahren Extrusion und additive Fertigung mit dem Ziel, eine Lebensdauerprognose für diesen Werkstoff aufzustellen. Zunächst erfolgen die Ausarbeitung einiger Methoden zur experimentellen Ermittlung bruchmechanischer Kennwerte sowie weiterhin die Entwicklung eines online Risslängenmessverfahrens. Im weiteren Verlauf werden bruchmechanische Untersuchungen in Abhängigkeit der wesentlichen Betriebsfaktoren wie bspw. Herstellungsverfahren, Prüffrequenz und Prüftemperatur durchgeführt und die Ergebnisse in Form von Rissfortschrittskurven dargestellt. Auf Grundlage der experimentell gewonnenen Erkenntnisse erfolgt die Ausarbeitung einer mathematischen Methode zur erreichbaren Lebensdauer von Kunststoffwerkstoffen. Eine numerische Abbildung der Lebensdauer in Form von Risswachstumssimulationen für Normproben sowie anhand eines Anwendungsbeispiels bilden den Abschluss dieses wissenschaftlichen Beitrages.
