@phdthesis{Schlamp, author = {Schlamp, Matthias}, title = {Der Einfluss elliptischer Kr{\"u}mmung auf das Verformungs- und Sch{\"a}digungsverhalten glasfaserverst{\"a}rkter Kunststoffstrukturen}, doi = {10.6094/UNIFR/228064}, pages = {169}, abstract = {In Industriebereichen, in welchen Masse aufgrund von Tr{\"a}gheit oder Gravitations{\"u}berwindung einen beeinflussenden Faktor ausmacht, wie beispielsweise der Luft- und Raumfahrt oder der Windkraft, spielen faserverst{\"a}rkte Kunststoffstrukturen aufgrund ihres Leichtbaupotentials hinsichtlich der dichtespezifischen Steifigkeit und Festigkeit eine große Rolle. Außen liegende Bauteile in Form d{\"u}nnwandiger Fl{\"a}chentragwerke in diesen Anwendungen weisen zumeist nicht eine kreisrunde, sondern unstetige Bauteilkr{\"u}mmung auf und sind aufgrund ihres Einsatzortes durch Schlagbelastungen (Impacts) in verschiedenen Geschwindigkeitsbereichen gef{\"a}hrdet. Besonders im Niedergeschwindigkeitsbereich sind diese Impacts bei diesen meist gekr{\"u}mmten Strukturen als kritisch zu beurteilen, da sie von außen oftmals nicht sichtbar sind, sich aber stark auf die verbleibende Restfestigkeit, insbesondere die Druck- und Schwingfestigkeit, aufgrund inter- und intralaminarer Sch{\"a}digungen auswirken. Sie stellen demnach eine kritisch zu betrachtende Belastungsart dar. In der vorliegenden Arbeit werden oben benannte unstetig gekr{\"u}mmte Fl{\"a}chentragwerke auf eine unstetig elliptisch gekr{\"u}mmte Pr{\"u}fk{\"o}rpergeometrie in Anlehnung an den Querschnitt einer Fl{\"u}gelvorderkante abstrahiert. Mittels experimenteller, numerischer und analytischer Untersuchungen wird ein grundlegendes Verst{\"a}ndnis des Kr{\"u}mmungseinflusses auf das Sch{\"a}digungs- und Verformungsverhalten ebendieser Strukturen bei Impact-Belastung und quasi-statischer Druckbelastung erarbeitet. Pr{\"u}fk{\"o}rper mit vier verschiedenen Kr{\"u}mmungsstufen werden dahingehend unter Verwendung einer Fallbolzenanlage im Niedergeschwindigkeitsbereich sch{\"a}digend gepr{\"u}ft und die resultierende projizierende Schadensfl{\"a}che in Abh{\"a}ngigkeit des Kr{\"u}mmungsgrades ausgewertet. Zur Untersuchung des reinen Kr{\"u}mmungseinflusses werden Pr{\"u}fk{\"o}rper in quasistatischen Druckversuchen im elastischen Bereich auf deren Verformungsverhalten hin analysiert. Durch Einf{\"u}hrung des geometriebedingten Verformungswiderstandes als vergleichende Kenngr{\"o}ße kann auf Basis lokal variierender Struktursteifigkeiten ein Zusammenhang aus dem Impact-Verhalten und dem elastischen Verformungsverhalten gleicher Kr{\"u}mmungsstufen geschlossen werden. Durch begleitende numerische Untersuchungen wird das Verformungsverhalten sowie die sich dabei einstellenden einzelschichtspezifischen Spannungszust{\"a}nde untersucht. Weiterhin werden bestehende analytische Berechnungsmethoden f{\"u}r stetige Kreisb{\"o}gen im Berechnungsumfang erweitert und auf die vorliegende Problemstellung{\"u}bertragen. Eine Gegen{\"u}berstellung und Diskussion aller erfassten Versuchs- und Berechnungsergebnisse zeigt abschließend gemeinsame Abh{\"a}ngigkeiten auf.}, language = {de} } @phdthesis{Kastenmeier, author = {Kastenmeier, Andreas}, title = {Biegeverhalten faserverst{\"a}rkter Kunststoffrohre unter Ber{\"u}cksichtigung einer mehrreihigen Bolzenverbindung}, pages = {260}, abstract = {In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverst{\"a}rktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit F{\"u}gepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekr{\"u}mmten Auflagefl{\"a}chen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abst{\"u}tzung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die {\"u}ber FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer m{\"o}glichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu z{\"a}hlt die Verwendung von zus{\"a}tzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraft{\"u}berleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine {\"A}nderung der Abst{\"u}tzung in Lastrichtung. F{\"u}r das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizit{\"a}t f{\"u}r Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bez{\"u}glich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gew{\"a}hrleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probek{\"o}rpern aus den Rohren bestimmt.}, subject = {Kunststoffrohr}, language = {de} } @inproceedings{JudenmannHoltmannspoetterEhrlich, author = {Judenmann, Anna and Holtmannsp{\"o}tter, Jens and Ehrlich, Ingo}, title = {Additive Manufacturing of Continuous Fiber-Reinforced Composites}, series = {Proceedings of the Munich Symposium on Lightweight Design 2022}, booktitle = {Proceedings of the Munich Symposium on Lightweight Design 2022}, language = {de} } @article{SieglJungbauerGebhardtetal., author = {Siegl, Marco and Jungbauer, Bastian and Gebhardt, Jakob and Judenmann, Anna and Ehrlich, Ingo}, title = {Winding process of fibre-reinforced thermoplastic tubes with integrated tape production through in-situ roving impregnation and infrared consolidation}, series = {The International Journal of Advanced Manufacturing Technology}, volume = {135}, journal = {The International Journal of Advanced Manufacturing Technology}, number = {5-6}, editor = {Baeten, Somayeh}, publisher = {Springer Nature}, doi = {10.1007/s00170-024-14628-y}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:898-opus4-77827}, pages = {2847 -- 2870}, abstract = {This paper introduces a novel method for producing fibre-reinforced thermoplastic tubes by integrating tape production and consolidation into a single operation. This innovation diverges from conventional methods by combining processes to reduce costs by using raw materials instead of organotapes, allowing customised material combinations and utilising residual heat from tape production. The new process uses carbon roving and molten low-viscosity PA6 granulates, processed through a new direct impregnation setup in siphon design. Key advancements include a high-speed impregnation module capable of up to 1 m/s with high-performance extruders, cost-effective infrared emitters for winding, and a powered consolidation unit with adjustable winding angles between ±65° and ±90°. Experiments demonstrate operational speeds of approximately 471 mm/min, with an optimal cross-winding speed of 354 mm/min due to the technical limitations of the laboratory extruder and IR emitter used. Based on the technical limitations of the current system, future improvements and methodological changes will be discussed.}, language = {en} } @article{AndraeKastenmeierGebhardtetal., author = {Andrae, Matthias and Kastenmeier, Andreas and Gebhardt, Jakob and Ehrlich, Ingo and Gebbeken, Norbert}, title = {Shock-tube tests on conventional windows: Exploring retrofit concepts for enhanced blast protection}, series = {International Journal of Protective Structures}, journal = {International Journal of Protective Structures}, publisher = {SAGE}, issn = {2041-4196}, doi = {10.1177/20414196241284297}, abstract = {Ensuring blast protection for existing buildings, especially addressing the vulnerability of conventional windows, is a significant challenge. Such unprotected windows can shatter even with moderate blast loads, posing a substantial risk of injury to occupants. This article discusses experimental research on enhancing the blast protection of single casement windows with insulating glass units and frames made of unplasticized polyvinyl chloride (uPVC). A retrofit concept using anti-shatter films, metallic sash reinforcements, adhesive bonding of the glazing to the sash frame, and a burglary resistance fitting-system was developed and tested in an explosion-driven shock-tube. Moreover, novel patches made of glass fiber-reinforced polymer applied to the corners of the window frames have been tested and proven effective in providing additional strength to the window. The study concludes that the tested combination of retrofit measures can significantly reduce hazards from window fragments without compromising functionality or aesthetics.}, language = {en} } @inproceedings{RomanoHoinkesEhrlichetal., author = {Romano, Marco and Hoinkes, Carl J. J. and Ehrlich, Ingo and H{\"o}cherl, Johannes and Gebbeken, Norbert}, title = {Influence of the impactor on the experimentally determined energy dissipation properties of fiber-reinforced plastics with hybrid layups under high velocity impact loads}, series = {Proceeding of the 15th International Materials Symposium (IMSP´2014), Pamukkale University (Denizli, Turkey), 15./17. October 2014}, booktitle = {Proceeding of the 15th International Materials Symposium (IMSP´2014), Pamukkale University (Denizli, Turkey), 15./17. October 2014}, editor = {Meran, C.}, pages = {650 -- 664}, language = {en} } @inproceedings{HoinkesRomanoEhrlichetal., author = {Hoinkes, Carl J. J. and Romano, Marco and Ehrlich, Ingo and H{\"o}cherl, Johannes and Gebbeken, Norbert}, title = {Investigation of fibre reinforced plastics with monolithic and hybrid stacking sequences under high-velocity impact loads}, series = {Applied Research Conference 2014 - ARC 2014, 5th July 2014, Ingolstadt}, booktitle = {Applied Research Conference 2014 - ARC 2014, 5th July 2014, Ingolstadt}, editor = {Ziemann, Olaf and Mottok, J{\"u}rgen and Pforr, Johannes}, publisher = {Shaker}, address = {Aachen}, language = {en} } @inproceedings{EisenriedRomanoJungbaueretal., author = {Eisenried, Michael and Romano, Marco and Jungbauer, Bastian and Ehrlich, Ingo and Gebbeken, Norbert}, title = {Influence of parameters of the production process on the material quality of unidirectionally reinforced prepregs}, series = {Applied Research Conference 2013, ARC 2013 ; 17th and 18th October 2013, Deggendorf}, booktitle = {Applied Research Conference 2013, ARC 2013 ; 17th and 18th October 2013, Deggendorf}, editor = {Ziemann, Olaf and Bogner, Werner and Mottok, J{\"u}rgen}, publisher = {Shaker}, address = {Aachen}, pages = {70 -- 75}, language = {en} } @inproceedings{LindnerBerndtTschurtschenthaletal., author = {Lindner, Matthias and Berndt, Dominik and Tschurtschenthal, Karl and Ehrlich, Ingo and Jungbauer, Bastian and Schreiner, Rupert and Pipa, Andrei V. and Hink, R{\"u}diger and Foest, R{\"u}diger and Brandenburg, Ronny and Neuwirth, Daniel and Karpen, Norbert and Bonaccurso, Elmar and Weichwald, Robert and Max, Alexander and Caspari, Ralf}, title = {Aircraft Icing Mitigation by DBD-based Micro Plasma Actuators}, series = {AIAA AVIATION 2020 FORUM: June 15-19, 2020}, booktitle = {AIAA AVIATION 2020 FORUM: June 15-19, 2020}, doi = {10.2514/6.2020-3243}, abstract = {We present the application of plasma actuators as a technology for ice prevention at airfoils. The miniaturized dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators (PA) were fabricated by means of microelectromechanical systems (MEMS). We elucidate how to make the actuator samples scalable and applicable to any desired shape by the use of flexible inorganic zirconia substrates. For this purpose, we applied our developed embedding method to integrate the micro actuators in modern carbon/glass fiber reinforced polymer (CFRP/GFRP) materials. Next, the embedded actuator samples were mounted on a mechanical air profile-like fixture and placed in the icing wind tunnel iCORE. The samples were tested in rime ice conditions at temperatures of -15 to -20° C and air speeds up to 30 m/s. Unlike other groups we used a thin film zirconia substrate as dielectric for the plasma actuator. Due to the low substrate thickness of just 150 µm, an operating voltage of 2 kVRMS is already sufficient enough for a stable plasma formation. The experiments show that the operated actuator was able to prevent the ice formation and first indications of a De-icing function were also found. Hence, we show that it is feasible to realize an anti-icing system with zirconia-based plasma actuators operated at lower voltages compared to conventional ones.}, language = {en} } @inproceedings{LindnerBerndtJungbaueretal., author = {Lindner, Matthias and Berndt, Dominik and Jungbauer, Bastian and Ehrlich, Ingo and Schreiner, Rupert and Pipa, Andrei V. and Hink, R{\"u}diger and Foest, R{\"u}diger and Brandenburg, Ronny and Max, Alexander and Caspari, Ralf}, title = {Fabrication, surface integration and testing of miniaturized dielectric barrier discharge plasma actuators for active flow control applications}, series = {AIAA Aviation 2019 Forum, 17-21 June 2019, Dallas, Texas}, booktitle = {AIAA Aviation 2019 Forum, 17-21 June 2019, Dallas, Texas}, doi = {10.2514/6.2019-2998}, language = {en} }