Characterization of short fiber reinforced polymers in the very high cycle fatigue regime

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

Abstract

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Testaufbaus zu der Untersuchung des Ermüdungsverhaltens von kurzfaserverstärkten Thermoplasten im VHCF-Bereich (> 107 Zyklen). Das wichtigste Ziel war, die Prüfdauer für hohe Zyklenzahl durch Erhöhung der Frequenz zu senken und die Machbarkeit von hochfrequenten Prüfungen an den untersuchten Materialien zu eruieren. Ein Prüfkonzept mit der Prüfkraftaufbringung durch einen elektrodynamischen Shaker wurde in Anlehnung an einen Prüfaufbau für Metalle entwickelt. Die Mittelspannung beträgt 0 MPa und das Spannungsverhältnis R = -1. Die Prüfung erfolgt mit wechselnder Zug/Druck-Belastung. Das Prüfkonzept nutzt das Resonanzprinzip. Basierend auf dem Prüfkonzept wurden drei Versionen des Prüfaufbaus konstruiert und realisiert, wobei jede neue Version eine Verbesserung darstellt. Jede Version wurde mit verschiedensten Sensoren und Methoden systematisch untersucht, um Abweichungen von dem Prüfkonzept zu identifizieren. Der finale Aufbau ist hinreichend nahe am Prüfkonzept und erlaubt Prüfungen mit 230 Hz. Mit dieser Prüffrequenz lassen sich 107 Zyklen nach einem halben Tag erreichen. Konventionelle Prüfmethoden benötigen hierfür 115 Tage. In einer initialen Testserie wurde carbon- und glasfaserverstärktes PEEK mit 30% Faservolumengehalt untersucht. Um eine unzulässige Temperaturerhöhung aufgrund hysteretischer Erwärmung auszuschließen, wurde die Temperatur während des Tests überwacht. Die Temperaturerhöhung war über alle Tests hinweg unkritisch. Die generierten Wöhlerlinien zeigen eine klare Zunahme der Ermüdungsfestigkeit mit sinkender Amplitudenspannung, wie sie auch bei konventionellen Wöhlerversuchen für dieses Material festzustellen ist. Damit ist die grundsätzliche Prüfbarkeit bei hohen Frequenzen für dieses Material belegt. Die Lage und Steigung der Wöhlerlinien entsprechen nicht den konventionellen Versuchen. Es bedarf weiterer Untersuchungen, um diese Diskrepanz zu erklären.

Details

Titel in ÜbersetzungCharakterisierung von kurzfaserverstärkten Polymern im Ultralangzeitfestigkeitsbereich
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
Datum der Bewilligung22 März 2024
StatusVeröffentlicht - 2024