Empirisches Prognosemodell für die Federsteifigkeit von FVK-Metall-Hybridlaminaten
Hybridlaminate aus faserverstärktem Kunststoff (FVK) und Metall bieten aufgrund der unterschiedlichen Steifigkeiten der Werkstoffe, in Kombination mit dem lageweisen Aufbau eines Laminats ein großes Potential für die Variation der Federsteifigkeit von Blattfedern. Die Herausforderung bei der Entwicklung einer Blattfeder, basierend auf einem Hybridlaminat, liegt in der Vorauslegung des variierenden Lagenaufbaus aus FVK und Metall. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines empirischen Prognosemodells zur gezielten Variation der Federsteifigkeit von Hybridlaminaten durch den Lagenaufbau. Der Lösungsweg zu diesem Ziel zeigt die systematische Herleitung des empirischen Prognosemodells auf. Für die Herleitung dieses Prognosemodells werden die signifikanten Einflussparameter und Wechselwirkungseffekte zwischen dem Lagenaufbau und den fertigungsbedingten Einflussgrößen aus dem Herstellungsverfahren bestimmt. Weitere Teilschritte zur Zielerreichung dieser Arbeit behandeln die Ausarbeitung einer angepassten Fertigungsstrategie zur Herstellung von Hybridlaminaten im Vakuuminfusionsverfahren und die Reduzierung des Versuchsumfangs für die Ermittlung der Messdaten für das empirische Prognosemodell. Im letzten Schritt wird die Validierung des Prognosemodells an einem praxisnahen Fallbeispiel durchgeführt. Für die Validierung werden numerische Modelle auf Grundlage eines dreidimensionalen Modellierungsansatzes aufgebaut und hinsichtlich ihrer Prognosegüte mit dem empirischen Prognosemodell verglichen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen die erfolgreiche Prognose der Federsteifigkeit von hybriden Blattfedern durch das empirische Modell. Die resultierenden Abweichungen zwischen der prognostizierten und der gemessenen Federsteifigkeit der Hybridlaminate liegt dabei unter 10 %. Weiterhin ist ein neues methodisches Vorgehen zur Kodierung von Versuchsplänen für Hybridlaminate aufgezeigt und eine neue Methode zur Reduzierung des Versuchsumfangs um 65 % erarbeitet worden.
Hybrid laminates consisting of fibre-reinforced plastic (FRP) and metal have a great potential for varying the spring stiffness of leaf springs due to the different stiffnesses of materials in combination with the layer structure of a laminate. The main challenge in the development of a leaf spring based on a hybrid laminate is to anticipate the varying layer structure of FRP and metal. The aim of this work is the development of an empirical prognosis model for a specific variation of the spring stiffness of hybrid laminates through the layer structure. The approach is to achieve this goal by systematically deriving an empirical prognosis model. For the derivation of this prognosis model, the significant influencing parameters and interaction effects between the layer structure and the production-related influencing factors from the manufacturing process are determined. Further steps to achieve the objective of this work include the development of an adapted manufacturing strategy for the production of hybrid laminates in the vacuum infusion process and the reduction of the scope of experiments for the determination of the measurement data used in the prognosis model. In a final step, the validation of the prognosis model is carried out by means of a practical case study. For the validation, numerical models are built based on a three-dimensional modelling approach and compared with the empirical prognosis model with regard to their prognosis quality. The results of this work show the successful prognosis of the spring stiffness of hybrid leaf springs by the empirical model. The resulting deviations between the predicted and the measured spring stiffness of the hybrid laminates are less than 10 %. Furthermore, a new methodical procedure for the coding of experimental designs of hybrid laminates has been demonstrated and a new method for reducing the scope of experiments by 65 % has been developed.
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