Untersuchung der Einflussparameter auf das Verformungsverhalten von Rundrohren aus Faserkunststoffverbundlaminaten unter quasistatischer Lasteinwirkung

In vehicle technology, metals are increasingly being replaced by fiber-reinforced composites (FRCs) to achieve lighter structures. FRC energy absorption elements enable safe and lightweight vehicle designs due to their high specific energy absorption capacity. This study investigates how an almost constant force–displacement behavior in the fracture region of FRCs can be achieved to meet current crash and collision standards. For this purpose, various material combinations and fiber configurations are analyzed, with the manufacturing process having a significant influence. The research focuses on FRC tubes that are pressed and deformed by a tapered ring. The deformation behavior depends on the material configuration, stacking sequence, and fiber orientation. The degree of forming, determined by the taper ring geometry, significantly influences the specific energy absorption. Previous studies have shown that it is possible to produce high-performance energy absorbers for use in rail vehicle construction that meet the collision safety requirements of rail vehicle bodies according to DIN EN 15227. The results of this research are intended to serve as a basis for optimizing modern vehicle structures and fully exploiting the lightweight potential of FRCs.

In der Fahrzeugtechnik werden zunehmend Metalle durch Faserverbundwerkstoffe (FKV) ersetzt, um leichtere Strukturen zu realisieren. FKV-Energieverzehrelemente ermöglichen sichere und leichte Fahrzeugkonstruktionen aufgrund ihres hohen spezifischen Energieabsorptionsvermögens. Diese Arbeit untersucht, wie ein nahezu konstantes Kraft-Weg-Verhalten im Bruchbereich von FKV erreicht werden kann, um aktuellen Crash- und Kollisionsnormen zu entsprechen. Dazu werden verschiedene Materialpaarungen und Faserkonfigurationen analysiert, wobei das Fertigungsverfahren einen erheblichen Einfluss haben kann. Diese Arbeit konzentriert sich auf FKV-Rohre, die durch einen Kegelring gedrückt und dabei verformt werden. Das Verformungsverhalten hängt von der Materialkonfiguration, Stapelfolge und Faserorientierung ab. Der durch die Kegelringgeometrie vorgegebene Umformgrad beeinflusst den spezifischen Energieverzehr maßgeblich. Bisherige Untersuchungen zeigen, dass es möglich ist leistungsfähige Energieabsorber für die Verwendung im Schienenfahrzeugbau herzustellen und den Anforderungen an die Kollisionssicherheit von Schienenfahrzeugkästen nach DIN EN 15227 gerecht zu werden. Die Forschungsergebnisse sollen als Grundlage dienen, um moderne Fahrzeugstrukturen zu optimieren und das Leichtbaupotenzial von FKV optimal zu nutzen.