TY - THES

T1 - Ansätze zur spannungsbasierenden und bruchmechanischen Charakterisierung des Ermüdungsverhaltens von glasfaserverstärktem Polyamid

AU - Mösenbacher, Andreas

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ermittlung von Schwingfestigkeitsdaten auf Basis des spannungsbasierenden einstufigen Wöhlerversuches und des bruchmechanischen Risskinetikversuches, an einem mit 50 Gew.-% kurzglasfaserverstärkten (kgfv) Polyphtalamids (PPA). Um sich im täglichen Wettbewerb zu behaupten, wird es immer wichtiger die Entwicklungszeiten und -kosten zu reduzieren. Durch die in dieser Arbeit durchgeführten Korrelationsuntersuchungen zwischen dem spannungsbasierenden und dem bruchmechanischen Ermüdungsansatz wird gezeigt, in wie weit die Übertragung von Ermüdungsdaten aus dem kostengünstigeren und zeitsparenden Risskinetikversuch auf die Wöhlerlinie möglich ist. Weiters wird eine Methode zur analogen Risslängenmessung über Rissmessfolien ausgearbeitet. Zur betriebsfesten Dimensionierung von zyklisch beanspruchten Strukturbauteilen aus kgfv Kunststoffen ist die Kenntnis von Schwingfestigkeitsdaten und deren Abhängigkeiten erforderlich. Der Einfluss von geometrisch bedingten Kerben sowie erhöhter Umgebungstemperatur (120 °C) wird anhand von Wöhlerlinien weitgehend untersucht. Die Ermittlung der zur Stützwirkungscharakterisierung erforderlichen spannungstechnischen Kennzahlen (Formzahl Kt und bezogener Spannungsgradient ) erfolgt über eine Finite-Elemente-Simulation. Die bruchmechanische Charakterisierung des Werkstoffes umfasst Risszähigkeitsversuche und Risskinetikversuche. Die für diese Untersuchungen erforderlichen Prüfkörper (CT-Proben) werden aus spritzgegossenen Platten entnommen. Untersucht wird das bruchmechanische Verhalten in Abhängigkeit von Faser-Hauptorientierung und Temperatur. In den Untersuchungen hinsichtlich Korrelation von spannungsbasierendem und bruchmechanischem Ermüdungsansatz werden sowohl Langzeitfestigkeitsbereich als auch Zeitfestigkeitsbereich betrachtet. Als Ausgangsriss werden unterschiedliche Fehlerformen angenommen, wobei die linear-elastische Bruchmechanik die Grundlage zur Umrechnung bildet. Der in dieser Arbeit untersuchte Werkstoff zeigt unter den getroffenen Annahmen eine sehr gute Korrelation. Es wird gezeigt, dass eine erste Abschätzung der Wöhlerlinie durch den bruchmechanischen Risskinetikversuch sehr kostengünstig möglich ist. Vor allem zur Beschreibung von Tendenzen hinsichtlich des Schwingfestigkeitsverhaltens zu Folge erhöhter Temperatur, ist der Risskinetikversuch sehr gut geeignet. Jedoch liefert die Umrechnung aus dem bruchmechanischen Ermüdungsansatz keinen vollständigen Ersatz zur herkömmlichen Wöhlerlinienermittlung.

AB - Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ermittlung von Schwingfestigkeitsdaten auf Basis des spannungsbasierenden einstufigen Wöhlerversuches und des bruchmechanischen Risskinetikversuches, an einem mit 50 Gew.-% kurzglasfaserverstärkten (kgfv) Polyphtalamids (PPA). Um sich im täglichen Wettbewerb zu behaupten, wird es immer wichtiger die Entwicklungszeiten und -kosten zu reduzieren. Durch die in dieser Arbeit durchgeführten Korrelationsuntersuchungen zwischen dem spannungsbasierenden und dem bruchmechanischen Ermüdungsansatz wird gezeigt, in wie weit die Übertragung von Ermüdungsdaten aus dem kostengünstigeren und zeitsparenden Risskinetikversuch auf die Wöhlerlinie möglich ist. Weiters wird eine Methode zur analogen Risslängenmessung über Rissmessfolien ausgearbeitet. Zur betriebsfesten Dimensionierung von zyklisch beanspruchten Strukturbauteilen aus kgfv Kunststoffen ist die Kenntnis von Schwingfestigkeitsdaten und deren Abhängigkeiten erforderlich. Der Einfluss von geometrisch bedingten Kerben sowie erhöhter Umgebungstemperatur (120 °C) wird anhand von Wöhlerlinien weitgehend untersucht. Die Ermittlung der zur Stützwirkungscharakterisierung erforderlichen spannungstechnischen Kennzahlen (Formzahl Kt und bezogener Spannungsgradient ) erfolgt über eine Finite-Elemente-Simulation. Die bruchmechanische Charakterisierung des Werkstoffes umfasst Risszähigkeitsversuche und Risskinetikversuche. Die für diese Untersuchungen erforderlichen Prüfkörper (CT-Proben) werden aus spritzgegossenen Platten entnommen. Untersucht wird das bruchmechanische Verhalten in Abhängigkeit von Faser-Hauptorientierung und Temperatur. In den Untersuchungen hinsichtlich Korrelation von spannungsbasierendem und bruchmechanischem Ermüdungsansatz werden sowohl Langzeitfestigkeitsbereich als auch Zeitfestigkeitsbereich betrachtet. Als Ausgangsriss werden unterschiedliche Fehlerformen angenommen, wobei die linear-elastische Bruchmechanik die Grundlage zur Umrechnung bildet. Der in dieser Arbeit untersuchte Werkstoff zeigt unter den getroffenen Annahmen eine sehr gute Korrelation. Es wird gezeigt, dass eine erste Abschätzung der Wöhlerlinie durch den bruchmechanischen Risskinetikversuch sehr kostengünstig möglich ist. Vor allem zur Beschreibung von Tendenzen hinsichtlich des Schwingfestigkeitsverhaltens zu Folge erhöhter Temperatur, ist der Risskinetikversuch sehr gut geeignet. Jedoch liefert die Umrechnung aus dem bruchmechanischen Ermüdungsansatz keinen vollständigen Ersatz zur herkömmlichen Wöhlerlinienermittlung.

KW - short glassfiber reinforced polyamid S/N-curve linear elastic fracture mechanics correlation of S/N-curve and crack growth curve fatigue life calcualtion

KW - kurzglasfaserverstärktes Polyamid Wöhlerversuch linear elastische Bruchmechanik Korrelation Wöhler- und Risskinetikversuch Lebensdauerberechnung

M3 - Diplomarbeit

ER -