Energieabsorptionsverhalten zylinderschalenförmiger Strukturelemente aus Metall und Faserverbundwerkstoff

Zylinderschalen stellen ein weit verbreitetes Strukturelement dar. Unter anderem zeichnet sie ein günstiges Energieabsorptionsverhalten bei axialer Belastung aus. Dieses kann beispielsweise bei einem Einsatz von Zylinderschalen als Crashelemente in Fahrzeugstrukturen für den Insassenschutz genutzt werden. Neben Zylinderschalen aus metallischen Leichtbauwerkstoffen besitzen Zylinderschalen aus Faserverbundwerkstoff ein besonders hohes gewichtsspezifisches Energieabsorptionsvermögen, dass sie für einen Einsatz in Leichtbaustrukturen prädestiniert. Ziel dieser Arbeit ist es, einen Beitrag zum erweiterten Verständnis des Energieabsorptionsverhaltens von Zylinderschalen aus Metall und Faserverbundwerkstoff zu leisten sowie Einflüsse und Optimierungsmöglichkeiten aufzuzeigen. Zu diesem Zweck werden zum einen experimentelle Untersuchungen des Faltvorgangs metallischer Zylinderschalen und des Crushing-Vorgangs von Zylinderschalen aus Faserverbundwerkstoff durchgeführt. Dabei wird das Energieabsorptionsverhalten von Zylinderschalen ausgewählter Materialkonfigurationen bei unterschiedlichen Lasteinleitungen und unterschiedlichen Belastungsgeschwindigkeiten miteinander verglichen. Zum anderen werden ein vereinfachtes analytisches Berechnungsmodell und detailliertere Finite-Elemente-Berechnungsmodelle für die materialspezifischen Energieabsorptionsprozesse erstellt. Diese erlauben eine Berechnung des Energieabsorptionsvermögens beziehungsweise des Energieabsorptionsverhaltens. Es erfolgt eine Verifikation der Berechnungsmodelle im Vergleich zu den experimentellen Untersuchungen. Abschließend werden mit den entwickelten Berechnungsmodellen Parameterstudien durchgeführt, die einige Einflussgrößen auf das Energieabsorptionsverhalten sowie Optimierungspotenziale aufzeigen.