TY - BOOK

T1 - Kompaktierungs- und Ermüdungsverhalten von RTM-Laminaten

AU - Ladstaetter, Elisabeth Maria

N1 - nicht gesperrt

PY - 2012

Y1 - 2012

N2 - Das Hauptziel dieser Dissertation lag in der Untersuchung des Preform-Kompaktierungsverhaltens von RTM ("Resin Transfer Moulding")-Laminaten und des Einflusses auf die Ermüdungseigenschaften. Ziel war die Darstellung des Einflusses des Kompaktierungsprozesses auf die notwendigen Kompaktierungskräfte und die damit erzielbaren Faservolumenanteile im RTM-Laminat. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit können in Zukunft zur Abschätzung der benötigten Kompaktierungskraft für unterschiedliche Preformarten (wie nicht bebinderte, bebinderte oder Hybridcarbonfaserhalbzeuge) herangezogen werden. Diese Ergebnisse sind im Besonderen bei der Auslegung von Preformkonzepten und Aushärtewerkzeugkonzepten bei zukünftigen RTM-Bauteilentwicklungen hilfreich. Zusätzlich wurde der Einfluss der Kompaktierungsmethode und des Einbringens von Nähten auf das Tränkungsverhalten des Faservorformlings, der so genannten Permeabilität, untersucht. Die durchgeführten Permeabiltätsmessungen haben gezeigt, dass in den Preform eingebrachte Nähte grundsätzlich einen positiven Einfluss auf die Durchlässigkeit des Injektionsharzes haben. Es konnte gezeigt werden, dass der Aufbau eines mehrlagigen Preforms in seperaten Schritten, das heißt unter der Verwendung von mehreren vernähten Einzelpaketen, einen positiven Einfluss auf die Permeabilität erzeugt. Die Ermüdungstestreihen wurden unter zyklischer Zug- bzw. Druckschwellbelastung durchgeführt und u.a. mittels Wöhlerkurven bzw. Hysteresemessungen und der Methode der isozyklischen Spannungs-Dehnungsdiagramme für Laminate unterschiedlicher Kompaktierungsart und idealer innerer Qualität, aber auch für imperfektionsbehaftete Prüfkörper ausgewertet. Dabei wurde beispielsweise gezeigt, dass der ompaktierungsprozess unter Zugbelastung bis zu einer Höhe von 60% der statischen Zugfestigkeit keinerlei Einfluss auf das Ermüdungsverhalten hatte. Bei höheren Belastungen konnte festgestellt werden, dass es für vernähte Preforms eine gewisse Obergrenze in der Stichdichte zu geben scheint. Im Gegensatz dazu konnte unter Druckbelastung kein eindeutiges Lastniveau bestimmt werden, bei dem ein eindeutiger Startpunkt für eine Materialschädigung zu beobachten war. Das schlagzäh modifizierte RTM-System zeigte in allen Messungen die beste Performance. Mittels isozyklischen Spannungs-Dehnungsdiagrammen wird eine Generierung von Werkstoffgesetzen ermöglicht, die sowohl reversible viskoelastische als auch irreversible Schadensakkumulation in RTM-Laminaten berücksichtigen und das Potential haben in Zukunft für Betriebsfestigkeitsabschätzungen von zyklisch belasteten Bauteilen herangezogen werden zu können. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit bieten zudem die Grundlagen zur Definition eines Schädigungskriteriums für Faserverbundwerkstoffe. Darüber hinaus wurden in dieser Dissertation Untersuchungen zur Bestimmung der Schadensakkumulation mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden (wie der Thermografie oder der Schallemission) durchgeführt und zudem ein Algorithmus zur Abschätzung der Langzeiteigenschaften von RTM-Laminaten basierend auf Schallemissionsergebnissen entwickelt. Prinzipiell konnte gezeigt werden, dass die Puls-Thermografie und auch die Schallemissionstechnik als Methoden zum Nachweis des Schädigungsverlaufes und der Schadensakkumulation während des Ermüdungsversuches angewendet werden können. Es wird auch ein Algorithmus vorgestellt, der auf Schallemissionsdaten basiert und durch den eine für die Struktur maßgebende Referenzfrequenz berechnet werden kann und somit Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Struktur gezogen werden können.

AB - Das Hauptziel dieser Dissertation lag in der Untersuchung des Preform-Kompaktierungsverhaltens von RTM ("Resin Transfer Moulding")-Laminaten und des Einflusses auf die Ermüdungseigenschaften. Ziel war die Darstellung des Einflusses des Kompaktierungsprozesses auf die notwendigen Kompaktierungskräfte und die damit erzielbaren Faservolumenanteile im RTM-Laminat. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit können in Zukunft zur Abschätzung der benötigten Kompaktierungskraft für unterschiedliche Preformarten (wie nicht bebinderte, bebinderte oder Hybridcarbonfaserhalbzeuge) herangezogen werden. Diese Ergebnisse sind im Besonderen bei der Auslegung von Preformkonzepten und Aushärtewerkzeugkonzepten bei zukünftigen RTM-Bauteilentwicklungen hilfreich. Zusätzlich wurde der Einfluss der Kompaktierungsmethode und des Einbringens von Nähten auf das Tränkungsverhalten des Faservorformlings, der so genannten Permeabilität, untersucht. Die durchgeführten Permeabiltätsmessungen haben gezeigt, dass in den Preform eingebrachte Nähte grundsätzlich einen positiven Einfluss auf die Durchlässigkeit des Injektionsharzes haben. Es konnte gezeigt werden, dass der Aufbau eines mehrlagigen Preforms in seperaten Schritten, das heißt unter der Verwendung von mehreren vernähten Einzelpaketen, einen positiven Einfluss auf die Permeabilität erzeugt. Die Ermüdungstestreihen wurden unter zyklischer Zug- bzw. Druckschwellbelastung durchgeführt und u.a. mittels Wöhlerkurven bzw. Hysteresemessungen und der Methode der isozyklischen Spannungs-Dehnungsdiagramme für Laminate unterschiedlicher Kompaktierungsart und idealer innerer Qualität, aber auch für imperfektionsbehaftete Prüfkörper ausgewertet. Dabei wurde beispielsweise gezeigt, dass der ompaktierungsprozess unter Zugbelastung bis zu einer Höhe von 60% der statischen Zugfestigkeit keinerlei Einfluss auf das Ermüdungsverhalten hatte. Bei höheren Belastungen konnte festgestellt werden, dass es für vernähte Preforms eine gewisse Obergrenze in der Stichdichte zu geben scheint. Im Gegensatz dazu konnte unter Druckbelastung kein eindeutiges Lastniveau bestimmt werden, bei dem ein eindeutiger Startpunkt für eine Materialschädigung zu beobachten war. Das schlagzäh modifizierte RTM-System zeigte in allen Messungen die beste Performance. Mittels isozyklischen Spannungs-Dehnungsdiagrammen wird eine Generierung von Werkstoffgesetzen ermöglicht, die sowohl reversible viskoelastische als auch irreversible Schadensakkumulation in RTM-Laminaten berücksichtigen und das Potential haben in Zukunft für Betriebsfestigkeitsabschätzungen von zyklisch belasteten Bauteilen herangezogen werden zu können. Die Erkenntnisse aus dieser Arbeit bieten zudem die Grundlagen zur Definition eines Schädigungskriteriums für Faserverbundwerkstoffe. Darüber hinaus wurden in dieser Dissertation Untersuchungen zur Bestimmung der Schadensakkumulation mittels zerstörungsfreier Prüfmethoden (wie der Thermografie oder der Schallemission) durchgeführt und zudem ein Algorithmus zur Abschätzung der Langzeiteigenschaften von RTM-Laminaten basierend auf Schallemissionsergebnissen entwickelt. Prinzipiell konnte gezeigt werden, dass die Puls-Thermografie und auch die Schallemissionstechnik als Methoden zum Nachweis des Schädigungsverlaufes und der Schadensakkumulation während des Ermüdungsversuches angewendet werden können. Es wird auch ein Algorithmus vorgestellt, der auf Schallemissionsdaten basiert und durch den eine für die Struktur maßgebende Referenzfrequenz berechnet werden kann und somit Rückschlüsse auf die Lebensdauer der Struktur gezogen werden können.

KW - RTM-laminates

KW - Preform

KW - Compaction

KW - Fatigue

KW - isocyclic stress-strain diagrams

KW - degradation criteria

KW - Acoustic Emission

KW - Thermography

KW - RTM-Laminat

KW - Faservorformling

KW - Kompaktierungsverhalten

KW - Ermüdungsverhalten

KW - isozyklische Spannungs-Dehnungs-Diagramme

KW - Schallemission

KW - Thermografie

KW - Schädigungskriterium

M3 - Dissertation

ER -