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Für einen optimalen Betrieb erfordern moderne Produktionssysteme eine sorgfältige Einstellung der eingesetzten Fertigungsprozesse. Physikbasierte Simulationen können die Prozessoptimierung wirksam unterstützen, jedoch sind deren Rechenzeiten oft eine erhebliche Hürde. Eine Möglichkeit, Rechenzeit einzusparen sind surrogate-gestützte Optimierungsverfahren (SBO1). Surrogates sind recheneffiziente, datengetriebene Ersatzmodelle, die den Optimierer im Suchraum leiten. Sie verbessern in der Regel die Konvergenz, erweisen sich aber bei veränderlichen Optimierungsaufgaben, etwa häufigen Bauteilanpassungen nach Kundenwunsch, als unhandlich. Um auch solche variablen Optimierungsaufgaben effizient zu lösen, untersucht die vorliegende Arbeit, wie jüngste Fortschritte im Maschinenlernen (ML) – im Speziellen bei neuronalen Netzen – bestehende SBO-Techniken ergänzen können. Dabei werden drei Hauptaspekte betrachtet: erstens, ihr Potential als klassisches Surrogate für SBO, zweitens, ihre Eignung zur effiziente Bewertung der Herstellbarkeit neuer Bauteilentwürfe und drittens, ihre Möglichkeiten zur effizienten Prozessoptimierung für variable Bauteilgeometrien. Diese Fragestellungen sind grundsätzlich technologieübergreifend anwendbar und werden in dieser Arbeit am Beispiel der Textilumformung untersucht. Der erste Teil dieser Arbeit (Kapitel 3) diskutiert die Eignung tiefer neuronaler Netze als Surrogates für SBO. Hierzu werden verschiedene Netzarchitekturen untersucht und mehrere Möglichkeiten verglichen, sie in ein SBO-Framework einzubinden. Die Ergebnisse weisen ihre Eignung für SBO nach: Für eine feste Beispielgeometrie minimieren alle Varianten erfolgreich und schneller als ein Referenzalgorithmus (genetischer Algorithmus) die Zielfunktion. Um die Herstellbarkeit variabler Bauteilgeometrien zu bewerten, untersucht Kapitel 4 anschließend, wie Geometrieinformationen in ein Prozess-Surrogate eingebracht werden können. Hierzu werden zwei ML-Ansätze verglichen, ein merkmals- und ein rasterbasierter Ansatz. Der merkmalsbasierte Ansatz scannt ein Bauteil nach einzelnen, prozessrelevanten Geometriemerkmalen, der rasterbasierte Ansatz hingegen interpretiert die Geometrie als Ganzes. Beide Ansätze können das Prozessverhalten grundsätzlich erlernen, allerdings erweist sich der rasterbasierte Ansatz als einfacher übertragbar auf neue Geometrievarianten. Die Ergebnisse zeigen zudem, dass hauptsächlich die Vielfalt und weniger die Menge der Trainingsdaten diese Übertragbarkeit bestimmt. Abschließend verbindet Kapitel 5 die Surrogate-Techniken für flexible Geometrien mit variablen Prozessparametern, um eine effiziente Prozessoptimierung für variable Bauteile zu erreichen. Hierzu interagiert ein ML-Algorithmus in einer Simulationsumgebung mit generischen Geometriebeispielen und lernt, welche Geometrie, welche Umformparameter erfordert. Nach dem Training ist der Algorithmus in der Lage, auch für nicht-generische Bauteilgeometrien brauchbare Empfehlungen auszugeben. Weiter zeigt sich, dass die Empfehlungen mit ähnlicher Geschwindigkeit wie die klassische SBO zum tatsächlichen Prozessoptimum konvergieren, jedoch kein bauteilspezifisches A-priori-Sampling nötig ist. Einmal trainiert, ist der entwickelte Ansatz damit effizienter. Insgesamt zeigt diese Arbeit, wie ML-Techniken gegenwärtige SBOMethoden erweitern und so die Prozess- und Produktoptimierung zu frühen Entwicklungszeitpunkten effizient unterstützen können. Die Ergebnisse der Untersuchungen münden in Folgefragen zur Weiterentwicklung der Methoden, etwa die Integration physikalischer Bilanzgleichungen, um die Modellprognosen physikalisch konsistenter zu machen.

In der Luft- und Raumfahrttechnik werden faserverstärkte Kunststoffe bereits seit den siebziger Jahren in strukturellen und nicht-strukturellen Anwendungen eingesetzt. Der Haupttreiber für deren Einsatz ist das hohe Potenzial zur Reduktion des Systemgewichts und die damit unmittelbar verbundene Senkung der Betriebskosten. In diesem Zusammenhang etablieren sich seit einigen Jahren zunehmend thermoplastische Faserverbunde, da deren Einsatz eine vielversprechende Möglichkeit darstellt, die Kosten pro ein-gespartem Kilogramm Gewicht zu reduzieren. Dies setzt wiederum voraus, dass zeit- und damit kostenoptimierte Prozesstechnologien zur Bauteilherstellung eingesetzt werden. Eine Prozesskette, die diese Anforderungen erfüllt, basiert auf der Verarbeitung von unidirektional faserverstärkten thermoplastischen Tapes in den Schritten Tapelegen, Konsolidieren und Bauteilherstellung durch Stempel-Umformung. Die große Herausforderung beim Transfer solcher Technologien in den Anwendungsbereich Luft- und Raumfahrt besteht in den hohen Qualitätsanforderungen an die fertigen Bauteile, den Herstellungsprozess sowie die Materialien und Halbzeuge selbst. Da die thermoplastische Matrix in den einzelnen Schritten der Prozesskette aufgeschmolzen und wieder abgekühlt wird, stellen sich die resultierenden Eigenschaften erst im finalen Schritt der Prozesskette ein. In diesem Kontext werden im Rahmen der vorliegenden Arbeit zwei qualitätsrelevante Morphologiemerkmale, die Porosität und der Kristallisationsgrad, entlang einer solchen Prozesskette untersucht. Dabei ist es das zentrale Ziel, pro-zessübergreifende Parameter zu identifizieren, welche die Merkmale beeinflussen und deren Auswirkungen auf die mechanischen Eigenschaften zu bewerten. In einem ganzheitlichen Ansatz wird dazu zunächst das Ausgangsmaterial charakterisiert und die bestimmten Ergebnisse als Referenz für die weiteren Untersuchungen festgelegt. Für jedes Merkmal wird anschließend separat in den einzelnen Prozessschritten ermittelt, welche prozessspezifischen Parameter relevant sind und wie sich diese im jeweiligen Schritt auf das entsprechende Merkmal auswirken. Für das Merkmal Kristallisationsgrad werden die praktischen Versuche durch ein Simulationsmodell ergänzt, das den Temperaturverlauf und die resultierende Kristallinität für den Teilschritt Konsolidieren abbildet. Der Zusammenhang der Morphologiemerkmale mit den mechanischen Eigenschaften wird abschließend auf Basis einer Charakterisierung ausgewählter mechanischer Kenn-werte bewertet.

Eine vollständige Imprägnierung des Faserpakets in der geschlossenen Injektions-Pultrusion ist weiterhin eine große Herausforderung. In der Thesis soll geklärt werden, wie durch akustische Kavitation, erzeugt durch Leistungsultraschall, die Imprägnierungsproblematik reduziert werden kann. Hierfür wurde im Labor und im Prozess der Effekt des Leistungsultraschalls auf die Verstärkungsfaser (Glas- und Kohlenstofffaser), die Matrix (Epoxidharzsystem) und das Faser-Matrix-System charakterisiert A complete impregnation of the fiber package in closed injection pultrusion is still a great challenge. The thesis aims to clarify how the impregnation problem can be reduced by acoustic cavitation generated by power ultrasonic. For this purpose, the effect of the power ultrasonic on the reinforcing fiber (glass and carbon fiber), the matrix (epoxy resin system) and the fiber-matrix system was characterized in the laboratory and in the process.

Der Wet Compression Molding Prozess und dessen Prozesskette, zur großvolumigen Herstellung kontinuierlich faserverstärkter Verbundbauteile mit duromerer Matrix, ist seit 2013 in der Serienproduktion im Einsatz. Geringere Zykluszeiten lassen sich aufgrund des gleichzeitigen Drapierens des mit Matrix benetzten textilen Halbzeugs in Kombination mit der Parallelisierung der Prozessschritte Aushärtung und Matrixapplikation realisieren. Während des Kompressionsschritts findet, zusätzlich zur Umformung des initial getränkten textilen Halbzeugs, eine erzwungene Fluidausbreitung der Matrix sowohl über der, als auch durch die permeable Faserstruktur statt. In Abhängigkeit der Prozessparameter können sich Fluid-Struktur-Interaktionen ergeben, die zu Verschiebungen von Fasern, als auch zur Beeinflussung der Faserimprägnierung führen können. Beides beeinflusst die Bauteilqualität negativ. So führen bereits geringe Änderungen der Faserorientierung in Relation zur Lastrichtung zur Minderung der mechanischen Performance. Gleichzeitig kann eine inhomogene Tränkung die Häufigkeit von Lufteinschlüssen und somit Poren innerhalb der Bauteilstruktur erhöhen. Dementsprechend ist das Ziel dieser Arbeit die Identifizierung kritischer Prozessparameter während des Kompressionsschritts beim WCM Prozess. Des Weiteren sollen Mechanismen, die zur Entstehung fluidinduzierter Faserverschiebungen führen, evaluiert werden. Im weiteren Verlauf der Arbeit folgt eine vergleichende Betrachtung der Fluidausbreitung beim WCM Prozess mit und ohne simultane Umformung des textilen Halbzeugs. Hierzu wird die Fluidausbreitung mit Hilfe eines transparenten Werkzeugs anhand einer generischen Geometrie auf Prüfstandebene visualisiert. Zur weiteren Analyse der Formfüllung findet abschließend eine makroskopische Betrachtung der Fluidausbreitung mit und ohne simultaner Umformung anhand eines komplexen generischen Demonstrators statt.

Das Resin Transfer Molding (RTM) Verfahren ist ein vielversprechender Prozess für die Großserienfertigung von endlosfaserverstärkten Kunststoffen. Um die spezifische Steifigkeit der Strukturbauteile zu erhöhen, können zusätzliche Polymerschaumkerne zwischen den Verstärkungslagen eingebettet werden. Das RTM-Verfahren ermöglicht die intrinsische Herstellung dieser Sandwichbauteile, die sehr hohe spezifische mechanische Eigenschaften aufweisen. Beim Prozessschritt der Formfüllung wird ein flüssiges Polymerharz in eine geschlossene Form injiziert und infiltriert das poröse Halbzeug. Der Druck im Inneren der Form steigt jedoch aufgrund der Widerstandskraft der Fasern gegenüber dem Harzfluss an. Dies führt zu einer Kompression des eingebetteten Schaumkerns. Die Kompression des Schaumkerns führt außerdem zu einer Vergrößerung des Kavitätvolumens und damit zu einem höheren Bauteilgewicht und einem geringeren Faservolumengehalt. Da der Harzfluss stark vom Faservolumengehalt abhängt, führt dies außerdem zu einem veränderten Formfüllungsverhalten. In dieser Arbeit wird eine numerische Methode für die Formfüllung entwickelt, die es ermöglicht, die Wechselbeziehung zwischen Harzfluss und Schaumkernverformung zu analysieren. Die Entwicklungen in dieser Arbeit basieren auf einer Finite-Volumen (FV)-Diskretisierung in Kombination mit einer Volume-of-Fluid (VoF)-Methode für die Zweiphasenströmung bestehend aus flüssigem Harz und Luft, die in der Open-Source-Bibliothek OpenFOAM\textsuperscript{\textregistered} implementiert ist. Zunächst wird eine einseitige Kopplung entwickelt, um den Einfluss einer vorgegebenen Werkzeugverformung auf den Formfüllprozess zu modellieren, wobei die sich verändernde Kavität mit einem dynamischen Netz erfasst wird. Mit diesem ersten Schritt ist es möglich, Compression Resin Transfer Molding (C-RTM) und Pressure-Controlled Resin Transfer Molding (PC-RTM) zu simulieren, bei denen die Höhe der Kavität während der Formfüllung nicht konstant ist. Im nächsten Schritt wird eine Methode zur Beschreibung der porösen Strukturmechanik entwickelt, um die Verformung des Halbzeugs während der Infiltration zu modellieren. Der Ansatz basiert auf dem Terzaghi-Prinzip der effektiven Spannung und verwendet eine inkrementelle FV-Formulierung für große Dehnungen. Die Kopplung zwischen Harzfluss, Halbzeugkompaktierung und Schaumkernkompression wird mit einem partitionierten Fluid-Struktur-Interaktions-Ansatz (FSI) modelliert, der mit der generalisierten Open-Source-Schnittstelle preCICE realisiert wird. Die Simulationsmethoden werden in mehreren Schritten verifiziert und zeigen stets eine sehr gute Übereinstimmung mit analytischen Lösungen. Eine numerische Sensitivitätsstudie auf Bauteilskala zeigt den starken Einfluss eines eingebetteten Schaumkerns auf den Formfülldruck und auf die Ausbreitung der Fließfront, was mit herkömmlichen Formfüllsimulationen nicht vorhergesagt werden kann. Dies bestätigt die Notwendigkeit der Verwendung gekoppelter Simulationen für die Formfüllung bei RTM mit eingebetteten Schaumkernen. Zur Validierung der FSI-Methode werden Sandwichbauteile im RTM-Verfahren hergestellt. Dazu werden experimentelle Messungen durchgeführt, um die an der Validierung beteiligten Materialien zu charakterisieren. Die mechanische Charakterisierung des Polymerschaumkerns wird für verschiedene Schaumdichten und bei unterschiedlichen isothermen Temperaturen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eine starke Abnahme des Kompressionsmoduls mit abnehmender Dichte und steigender Temperatur. Die Validierungssimulationen zeigen eine gute Übereinstimmung mit dem vorhergesagten Druckniveau. Mit dem validierten Modell ist es möglich, die Formfüllzeit und weitere Parameter wie z.B. die Pressenkraft genauer vorherzusagen. Eine weitere Steigerung der Genauigkeit wird erwartet, wenn die Temperatur innerhalb der Form mit einer erweiterten Methode für den Wärmeübergang innerhalb und zwischen den beteiligten Materialien modelliert wird.

Faserverstärkte Sandwichstrukturen nutzen den geometrischen Versteifungseffekt durch die Erhöhung des Flächenträgheitsmoments und bieten ein hohes Potential für den ressourceneffizienten Leichtbau. Zur Optimierung der ganzheitlichen Bilanzierung eines Bauteillebens muss neben der Bauteilstruktur auch die Fertigungsmethode effizient gestaltet sein. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neuartiges Herstellungsverfahren – der Direct Sand-wich Composite Molding (D-SCM) Prozess – konzipiert, entwickelt und validiert. Beim D-SCM Prozess wird der Schaumdruck infolge der chemischen Reaktion von schäumendem Polyurethan (PUR) im geschlossenen Fertigungswerkzeug genutzt. Dieser wirkt aus der Kernstruktur heraus auf die benetzten, textilen Decklagen und stellt den notwendigen Prozessdruck zur Decklagenkonsolidierung bereit. Ein Alleinstellungsmerkmal des D-SCM Prozesses ist die undurchlässige Barriereschicht in Form einer thermoplastischen Polyurethan-(TPU)-Folie zwischen Schaumkern und den Decklagen. Damit kann das unkontrollierte Eintreten von Schaumporen in die Decklagen verhindert werden. Innerhalb der methodischen Prozessentwicklung werden die Viskositätseigenschaften der Harzsysteme, das Kompaktierungsverhalten der Faserstruktur und die Adhäsionseigenschaften der TPU-Grenzschicht detailliert charakterisiert. Der zeitabhängige Druckaufbau des schäumenden Polyurethans in der Kernstruktur ist entscheidend für die ein-stufige Herstellung von Sandwichstrukturen im D SCM Prozess. Infolgedessen wird der Einfluss der chemischen PUR-Formulierung und der Schaumdichte auf die Druckentwicklung untersucht und das PUR-System auf Grundlage der Materialcharakterisierungen angepasst. Durch den Einsatz von Simulations- und Modellierungsmethoden werden anschließend zielführende Prozessfenster zur einstufigen Herstellung von Sandwichstrukturen im D SCM Verfahren bestimmt. Zur Prozessvalidierung werden auf Basis der identifizierten Prozessfenster zunächst Sandwichstrukturen im D-SCM Prozess hergestellt und die Bauteile im Anschluss charakterisiert. In den Decklagen werden Faservolumengehalte bis 35 % und Porositäten kleiner 1,5 % erreicht. Die TPU-Barriereschicht verhindert den Schaumeintritt in die Decklagen zuverlässig. Bei der Analyse der Bauteileigenschaften im 3-Punkt Biegeversuch zeigt sich, dass die im D SCM Prozess erzielbaren Verbundeigenschaften maßgeblich vom Schaumkern beeinflusst werden. Dieser stellt damit eine effiziente Stellgröße bei der Einstellung der gewünschten Verbundeigenschaften dar. Die Prozessdemonstration des D SCM Verfahrens an einer 2,5D Geometrie belegt zudem, dass der erzielbare Schaum-druck zum Umformen abwickelbarer Decklagenbereiche ausreichend ist und die Erkenntnisse aus der Prozessentwicklung übertragbar sind.

Diese Arbeit pr��sentiert neuartige Simulationstechniken f��r Spritzgusssimulationen mit faserverst��rkten Polymeren (FRPs). Spritzguss ist einer der meistverbreiteten Prozesse zur Massenproduktion von diskontinuierlich faserverst��rkten Polymerbauteilen. Die Prozessparameter (F��llrate, Temperatur, etc.) beeinflussen die Bauteileigenschaften signifikant. F��r eine ad��quate Vorhersage der finalen Bauteileigenschaften muss eine Simulation alle Prozessschritte (Formf��llung, Nachdruck, Abk��hl-/Aush��rtungsphase, Abk��hlung au��erhalb des Werkzeuges) beinhalten. W��hrend der Formf��llung hat die Str��mungsmodellierung oberste Priorit��t. Das komplexe Matrixverhalten muss unter Beachtung von Scherrate, Temperatur und, falls vorhanden, chemischer Reaktion modelliert werden. Die sich auspr��gende Faserorientierung, die von Str��mungsfeld, Faserl��nge und Volumengehalt abh��ngt, sollte aus zwei Gr��nden berechnet werden. Einer ist das Auspr��gen von anisotropen Material- und somit auch Bauteileigenschaften aufgrund der Fasern. Zudem rufen die Fasern auch w��hrend der Formf��llung anisotropes Verhalten im fl��ssigen Material hervor. Auch die Faserl��nge beeinflusst das mechanische und Flie��verhalten des Materials und wird im Umkehrschluss durch das Str��mungsfeld w��hrend der Formf��llung beeinflusst. Die Faserl��nge hat gro��en Einfluss auf die Schlagz��higkeit des Bauteils, aber auch auf die effektive Viskosit��t in Faserrichtung im fl��ssigen Material. Umgekehrt erzeugt das Str��mungsfeld aber auch Kr��fte auf die Fasern, die diese zum Brechen bringen k��nnen. Stand der Technik Simulationen beachten den Einfluss der Faserorientierung und -l��nge auf das Str��mungsfeld nicht. Diese Arbeit pr��sentiert einen neuartigen Ansatz, in welchem Viskosit��t, Faserorientierung, Faserl��nge und Geschwindigkeit gekoppelt sind. Zur Ber��cksichtigung der Fasereigenschaften in der Viskosit��tsmodellierung und somit auch in der Geschwindigkeit wird die Viskosit��t als Tensor vierter Stufe, der als Funktion von Matrixviskosit��t, Faserorientierung, -l��nge und -volumengehalt definiert ist, modelliert. Der Viskosit��tstensor wird f��r eine homogenisierte Matrix-Faser-Suspension auf Basis von mikromechanischen Modellen berechnet. F��r die Modellierung des Faserbruchs werden die hydrodynamischen Schlepp- und Auftriebskr��fte beachtet. Zus��tzlich werden makroskopische Ans��tze zur Berechnung der Faser-Faser Interaktionskr��fte (Schmier- und Reibkraft) gezeigt und verifiziert. Neben der Formf��llung beeinflussen die weiteren Prozessschritte Nachdruck, Abk��hl-/Aush��rtungsphase und Abk��hlung au��erhalb des Werkzeuges ebenfalls die Bauteileigenschaften. Durch das anisotrop visko-elastische Verhalten k��nnen Verzug und Eigenspannungen aufkommen. Stand der Technik Software simuliert diese Ph��nomene in der Regel anisotrop mit linear elastischen Modellen. Diese Arbeit pr��sentiert einen Ansatz zur Berechnung von Verzug und Eigenspannungen f��r FRPs mit duromerer Matrix und thermo-visko-elastischen Modellen. Relevante Prozessdaten wie Faserorientierung, Temperatur und Aush��rtungsgrad werden ��bertragen um diese in der Verzugssimulation mit zu betrachten. Faser- und Matrixeigenschaften werden zur Homogenisierung verwendet und unter Beachtung der Faserorientierung wird ein orthotropes Material definiert. Das Matrixverhalten wird als Funktion von Aush��rtungsgrad und der Temperatur modelliert. Zus��tzlich werden thermische und chemische Schwindung beachtet. Die vorgestellten Methoden sind f��r Formf��llsimulationen in der open-source, finite Volumen basierten Software OpenFOAM und f��r die Verzugsanalyse in die kommerziellen finiten Elemente basierten Software Simulia Abaqus implementiert. Numerische Studien verifizieren die Implementierung und Methoden. Die Formf��llsimulationen zeigen eine gute ��bereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen, was die neu entwickelten Ans��tze validiert.

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verarbeitung langglasfaserverstärkter Phenolharze im Spritzgießverfahren untersucht. Es wird die Entwicklung einer neuen Spritzgießprozessvariante beschrieben, welche mithilfe einer direkten Langglasfaserzuführung die Herstellung von Bauteilen aus kurz- und lang-glasfaserverstärktem Phenol-Formaldehyd-Harz ermöglicht. Dabei sind die Anteile der kurzen und langen Verstärkungsfasern individuell einstellbar. Die Struktur und die Eigenschaften der mit diesem Verfahren hergestellten Bauteile werden charakterisiert und mit denen von Bauteilen aus langglasfaserverstärkten, granulatförmigen Formmassen verglichen. Im Gegensatz zu thermoplastischen Polymeren stellt das duromere Phenol-harz aufgrund der irreversiblen chemischen Vernetzung bei der Verarbeitung zusätzliche Herausforderungen an die Prozessführung. Ein zentrales Entwicklungsziel dieser Arbeit ist die Abwägung zwischen der ungewünschten Faser-kürzung einerseits und der erforderlichen Homogenisierung von Fasern und Phenolharz andererseits. Die Entwicklung und die Validierung von duromer-spezifischen Mischelementen für das Spritzgießen werden vorangetrieben. Charakterisierungsmethoden für die Faserlängenmessung und die Bewertung der Materialhomogenität werden entwickelt, validiert und auf Zwischenprodukte sowie auf spritzgegossene Bauteile angewendet. Im Zusammenspiel mit etablierten Charakterisierungstechniken wie der dynamischen Differenz-kalorimetrie, der Rheologie, der Rasterelektronenmikroskopie, der mechanischen Charakterisierung und der optischen Bewertung von Schliffbildern werden somit die Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen in der Spritzgießverarbeitung von lang- und kurzglasfaserverstärkten Formmassen herausgearbeitet.

Faserverbundwerkstoffe eignen sich als ideale Leichtbauwerkstoffe. Besonders im Automobilsektor werden zunehmend Faserverbundwerkstoffe für geometrisch komplexe Bauteile verwendet. Je nach Bauteilkomplexität eignen sich unterschiedliche Halbzeuge für die Umformung zur finalen Preform. Werden trockene Halbzeuge, wie zum Beispiel UD-NCF verwendet, entstehen während der Umformung strukturmechanisch relevante Drapiereffekte. Diese äußern sich in der Variation der Faserorientierung, der lokalen Änderung des Faservolumengehaltes und in Bereichen mit Faserwelligkeiten. Werden diese Effekte bei der Auslegung von Bauteilen nicht berücksichtigt, sinkt die numerische Prognosegüte. Für die Erfassung der Drapiereffekte in der Struktursimulation können die Informationen aus der Drapiersimulation entnommen werden. In einer vorangegangenen Arbeit wurde ein Materialmodell zur Umformung von UD-NCF Halbzeugen entwickelt. Um jedoch die Drapiereffekte in der Struktursimulation zu erfassen, bedarf es neuer Materialmodelle. Die Anforderungen an das zu entwickelnde Materialmodell leiten sich aus den experimentellen Beobachtungen ab. In einer umfangreichen Versuchskampagne wurde der Einfluss von einzelnen Drapiereffekten auf das Materialverhalten untersucht. So zeigte sich, dass neben dem im Allgemeinen bekannten Einfluss der Faserorientierung, weitere materialspezifische Eigenschaften zum Vorschein treten. Wird eine Belastung aufgeprägt, ändert sich die Faserorientierung. Obwohl die Faserorientierung maßgeblich die mechanischen Eigenschaften beeinflusst, wird deren Änderung in der Modellierung kaum berücksichtigt. Darüber hinaus zeigte sich, dass die initial transversale Materialachse ebenso einer Deformation unterliegt. Wird nur die Änderung der Faserorientierung berücksichtigt, kann ein falscher Versagensmechanismus prognostiziert werden. Um die Änderung der Materialachsen zu berücksichtigen, wird ein geeignetes Dehnungsmaß vorgestellt. Der Vergleich zwischen experimentellen und numerischen Ergebnissen zeigt eine sehr gute Übereinstimmung hinsichtlich der Deformation der einzelnen Materialachsen. Zur Berücksichtigung des Faservolumengehaltes wurden experimentelle Untersuchungen zur Bestimmung der elastischen Materialparameter, sowie der unterschiedlichen Materialfestigkeiten und Materialnichtlinearitäten durchgeführt. Die Modellierung der elastischen Eigenschaften und der Festigkeiten erfolgt mithilfe von analytischen Ansätzen. Auf Basis der Versuche konnte ein faservolumengehaltsabhängiges Versagenskriterium für Faserbruch und Zwischenfaserbruch eingeführt werden. Es zeigt sich, dass für den Zwischenfaserbruch die Materialfestigkeiten unterschiedlich vom Faservolumengehalt beeinflusst werden. Die numerische Vorhersage bei Berücksichtigung des Faservolumengehaltes zeigt eine sehr gute Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen. Als weiterer Drapiereffekt wird die Faserwelligkeit berücksichtigt. Hier zeigt sich der signifikanteste Einfluss auf die mechanischen Eigenschaften. Um den Einfluss des Faservolumengehaltes und der Faserwelligkeit im Detail zu untersuchen wurden Modellierungen auf der mikroskopischen Skala durchgeführt. Hierbei zeigt sich deutlich der Einfluss der Matrix auf die Materialeigenschaften des Verbundes und dessen Versagensverhalten. In einer weiteren numerischen Studie wurde der Einfluss von Drapiereffekten an einem Bauteil untersucht. Insbesondere tritt der Einfluss des Laminataufbaus bei der Berücksichtigung von Drapiereffekten zum Vorschein.