Im Bereich des Strukturleichtbaus konnten durch die Entwicklung besonders leichter CFK-Strukturen und entsprechender Simulationsmethoden und -modelle bereits herausragende Ergebnisse erzielt werden. Dabei sind nicht nur die hohe Festigkeit und Steifigkeit und die damit verbundene deutlich geringere Strukturmasse von CFK-Werkstoffen hervorzuheben, sondern auch die hohe massenspezifische Energieabsorption im Crashlastfall. Dem entgegen stehen der hohe Fertigungsaufwand und damit verbundenen Fertigungskosten für CFK-Strukturen. Zusätzlich befindet sich der Fahrzeugleichtbau in den vergangenen Jahren im Wandel. Zur Reduzierung der CO2-Emissionen gewinnt neben dem Leichtbaupotential auch die Nachhaltigkeit der eingesetzten Materialien immer stärker an Bedeutung. Die Reduktion von CO2-Emsissionen durch den Einsatz von nachhaltigen Werkstoffen rückt somit zunehmend in den Fokus von Forschung und Entwicklung. Der Einsatz von Holz als nachwachsender Rohstoff ist aufgrund der hervorragenden spezifischen mechanischen Eigenschaften und dem daraus resultierenden hohen Leichtbaupotenzial ein vielversprechender Ansatz, die CO2-Emissionen entlang des Lebenszyklus von Fahrzeugstrukturen zu reduzieren.
Voraussetzung für die Überführung von Holz in die industrielle Anwendung in Fahrzeugstrukturen ist die Entwicklung geeigneter Simulationsmethoden, die das anisotrope Materialverhalten von Holz unter verschiedenen Belastungen korrekt abbilden.
Im Rahmen des geplanten Vortrags soll aufgezeigt werden, wie sich Modellierungs-, Simulations- und Validierungsmethoden, die für CFK-Materialien entwickelt wurden, auf holzfurnierbasierte Werkstoffsysteme übertragen lassen.
Ausgangspunkt der Betrachtungen stellen umfangreiche expirementelle Untersuchungen des Versagensverhaltens sowie der spezifischen Energieabsorption (SEA) unter Crashbelastung an einem generischen Omega-Profil aus CFK dar, siehe Abbildung 1. Anhand der ermittelten Daten konnten Kennwerte für numerische Materialmodelle kalibriert und Simulationsmethoden für die Abbildung von Crashlastfällen validiert werden.
Davon ausgehend wurden in dieser Arbeit Untersuchungen zur Übertragbarkeit der entwickelten Methodik auf furnierbasierte Holz-Werkstoffsysteme durchgeführt. Hierfür wurde in den Omega-Segmenten anstelle von CFK geschichtetes Furnierlaminat eingesetzt, siehe Abbildung 2. Ziel war neben der Untersuchung des Versagensverhalten eine Potentialabschätzung solcher furnierbasierten Werkstoffe im Vergleich zu CFK, sowie die Abbildung des Crashverhaltens in der numerischen Simulation.
In ersten Untersuchungen konnten die Gemeinsamkeiten im Versagensverhalten der Omega-Segmente unter Crashbelastung zwischen CFK und furnierbasierten Holzlaminaten aufgezeigt werden. Bei richtiger Wahl des Lagenaufbaus zeigten die furnierbasierten Omega-Profile ein progressives Versagensverhalten, eine Voraussetzung für eine hohe spezifische Energieabsorption. Die in dieser ersten experimentellen Untersuchung ermittelte spezifische Energieabsorption der furnierbasierten Holzlaminate lag bei etwa 30 % der Referenz aus CFK. Hinsichtlich der entwickelten Simulationsmethoden konnten die Gemeinsamkeiten in der Modellierung zwischen CFK und furnierbasiertem Holzlaminaten aufgezeigt werden. Den Abschluss der Arbeiten stellen eine Quantifizierung des Potentials holzbasierter Strukturen gegenüber der Referenz aus CFK hinsichtlich Energieabsorption und Aussagekraft der Simulation dar. So soll eine erste Basis für furnierbasierte Werkstoffe in Leichtbauanwendungen geschaffen werden und zudem die Übertragbarkeit der entwickelten Simulationsmethode auf andere Materialsysteme nachgewiesen werden.