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Vortrag

Ein Konzepte zur Vorhersage der Betriebsfestigkeit von kontinuierlich verstärkten Polymermatrix-Verbundwerkstoffen

Mittwoch (05.07.2017)
16:10 - 16:30 Uhr
Bestandteil von:


In den 1970er Jahren wurden Untersuchungen von der Luftfahrtindustrie mit unidirektional kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffverbunden (CFK) unter zyklischer Last in Faserrichtung durchgeführt und eine überragende Ermüdungsfestigkeit gefunden. Auf diesen Studien basierte über lange Zeit die Vorstellung, dass Bauteile aus derartigen Materialien keine Einschränkungen hinsichtlich ihrer Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Die Anhebung der „design strains“ auch in Luftfahrtanwendungen hat in den letzten Jahren aber dazu geführt, dass Ermüdungsversagen bei der Auslegung berücksichtigt werden muss.

Die Schädigung, die sich in CFK mit unterschiedlichen mehrdimensionalen Faseranordnungen unter Ermüdungsbelastung ergibt, kann verschiedene Formen annehmen: Matrix Risse, Faser-Matrix Ablösung, Delamination, Faser-Versagen, etc.. Welche der Mechanismen zum Tragen kommen hängt von den Randbedingungen der Belastung, der Konstruktion des Bauteiles und dem Aufbau des Materials ab. Aufgrund der Komplexität der Versagensmechanismen weisen die existierenden Methoden zur Lebensdauervorhersage von polymeren Faserverbundwerkstoffen noch bedeutende Defizite auf, was hohe Sicherheitsfaktoren beim Design von Bauteilen nach sich zieht. Folglich sind faserverstärkte Strukturen für hohe Lastspielzahlen oft erheblich überdimensioniert und daher schwerer und teurer als nötig.

Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit ist es daher, zunächst für unidirektional verstärkte CFK Laminate die wesentlichen Versagensmechanismen unter Ermüdungslast und die entscheidenden Einflussparameter darauf zu identifizieren und davon abgeleitet experimentelle Prozeduren zur beschleunigten Beschreibung des Langzeit-Ermüdungsverhaltens von derartigen Werkstoffen festzulegen. Auf Basis der erhaltenen experimentellen Ergebnisse werden steifigkeits- und festigkeitsbasierende Prozeduren zur Lebensdauervorhersage vorgeschlagen, die in „Software-Tools“ umlegbar sind und so die Auslegung von Bauteilen wesentlich erleichtern.

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Gerald Pinter
Montanuniversität Leoben
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Steffen Stelzer
    Montanuniversität Leoben