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K: Fachverband Kurzzeit- und angewandte Laserphysik

K 3: Laser Systems and Applications

K 3.8: Vortrag

Dienstag, 6. März 2018, 16:00–16:15, MB HS

Modellierung der Erwärmung von CFK durch cw-Laserstrahlung unter Berücksichtigung der thermischen Strahlung zwischen den einzelnen Faserschichten — •Rüdiger Schmitt — Deutsch-französisches Forschungsinstitut Saint-Louis, Postfach 1260, D-79547 Weil am Rhein

Aufgrund Ihres inhomogenen Aufbaus finden bei der Beaufschlagung von Verbundwerkstoffe mit leistungsstarker Laserstrahlung vielfältige Prozesse statt, die eine Modellierung im Gegensatz zu beispielsweise Metallen erschweren.

In der Präsentation werden Ergebnisse numerischer Berechnungen vorgestellt, die die thermische Entwicklung innerhalb einer laserbeaufschlagten Laminatstruktur aus Kohlenstofffasern und einer Kunststoff-Matrix beschreiben. In der FEM-Rechnung wurde berücksichtigt, dass das Harz einen relativ niedrigen Siedepunkt hat und die Wärmeleitfähigkeit nach dem Verdampfen stark vermindert wird. Wie die Rechnungen zeigten, kann die thermische Strahlung zwischen den einzelnen Faserschichten einen großen Teil zum Wärmetransport beitragen.

Ergänzend zu den FEM-Rechnungen wurden analytische Beziehungen hergeleitet, die basierend auf der Wärmeleitungsgleichung und einem thermischen Ersatzschaltbild die Berechnung eines temperaturabhängigen, anisotropen Wärmeleitkoeffizienten ermöglicht. Gerade bei dickeren Strukturen kann hierdurch die innere Wärmeübertragung durch thermische Strahlung berücksichtigt werden, ohne jede der nur wenige mu dicken Fasern bei der Erstellung der Geometrie berücksichtigen zu müssen.