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Vortrag

Ultraschallermüdung von C-Faser-Kunststoffverbunden - vom Versuchsprinzip zum Schädigungsmodell für VHCF-Beanspruchung

Wednesday (05.07.2017)
13:20 - 13:40 Uhr
Bestandteil von:


Kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK) werden zunehmend als Strukturwerkstoffe in der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Strukturbauteile moderner Flugzeuge werden im Laufe ihrer Einsatzzeit von bis zu 20 Jahren mit Lastspielzahlen > 100 Millionen (10E8) beansprucht. Um das Ermüdungsverhalten von CFK im so genannten Very High Cycle Fatigue (VHCF)-Bereich in ökonomisch sinnvollen Zeiträumen untersuchen zu können, wurde ein neuartiges Ultraschallermüdungsprüfsystem für zyklische 3-Punkt-Biegebeanspruchung entwickelt und patentiert. Das US-Ermüdungsprüfsystem arbeitet mit einer Beanspruchungsfrequenz von 20 kHz und ermöglicht VHCF-Untersuchungen von 1 Milliarde Lastzyklen (10E9) für die untersuchten CFK-Varianten (CF-PPS, CF-EP) in lediglich zwölf Tagen. Um eine kritische Probentemperatur deutlich unterhalb des Glasübergangsbereiches des Polymers zu gewährleisten erfolgte die hochfrequente zyklische Beanspruchung im Puls-Pause Mode sowie unter dauerhafter Druckluftkühlung und Temperaturüberwachung. Neben einem kohlenstofffaserverstärkten Polyphenylensulfid (CF-PPS) wurde zudem eine duroplastische Matrix mit multiaxialer C-Faser-Gewebeverstärkung detailliert untersucht. Zur Ermittlung der realen Schwingungsformen der auf Biegeresonanz ausgelegten CFK-Proben, sowie zur Kalibrierung der Beanspruchungsamplituden wurden hochaufgelöste Messungen mit einem 3D-Scanning-Laservibrometer durchgeführt. Die resultierende Ermüdungsschädigung der beiden untersuchten Laminate wurden nach definierten Lastspielzahlen sowie nach Probenversagen, licht- und rasterelektronenmikroskopisch charakterisiert. Ferner wurde die VHCF-Schädigung mikroskopisch über Rissdichtebestimmungen an der Oberfläche der CFK-Flachproben sowie mittels Steifigkeitsdegradationsmessungen quantifiziert und abschließend in ein erstes VHCF-Schädigungsmodell überführt.

Sprecher/Referent:
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Daniel Backe
    PFW Aerospace, Speyer (Germany)
  • Dominic Weibel
    TU Kaiserslautern, Hybride Werkstoffsysteme, Lehrstuhl für Werkstoffkunde (WKK)