Structural Integrity and Durability of Adhesively Bonded Joints for Composite Repair in Aircraft Applications

Publikationen: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

Abstract

Polymere Faserverbundwerkstoffe finden in der modernen militärischen sowie zivilen Luftfahrt als Konstruktionswerkstoffe in allen Strukturtypen, reichend von tertiären bis hin zu primären Strukturen, Anwendung. In Anbetracht der Tatsache, dass moderne Flugzeuge mittlerweile zu über 50 % (massebezogen) aus Faserverbundwerkstoffen gefertigt werden in Verbindung mit dem prognostizierten steigenden Bedarf an neuen Flugzeugen, steigt auch das Schadensrisiko der entsprechenden Bauteile durch beispielsweise mechanische Belastungen, den Kontakt mit unterschiedlichen Umgebungsbedingungen und -Medien, Kollisionen sowie durch herstellungsbedingte Fehler. Folglich steigt der Bedarf an werkstoffgerechten Reparaturmethoden. Geklebte, geschäftete Reparaturen weisen, verglichen mit den kraftschlüssigen, eindeutige Vorteile auf. Es ist jedoch anzumerken, dass ausgewählte Aspekte des strukturelles Klebens weiterer Forschung bedürfen, um die Akzeptanz dieser Technologie sicherzustellen, weswegen diese Art der Reparatur im Fokus der vorliegenden Dissertation steht. Im Rahmen dieser Dissertation wurde der Einfluss einer alternativen Art der Oberflächenfunktionalisierung mittels einer Kombination aus einer Coronabehandlung sowie einer Funktionalisierung mit einem Organosilan auf die Festigkeit und das Versagensverhalten einschnittig überlappter, verklebter Prüfkörper ("single-lap" Prüfkörper) sowie reparierter Prüfkörper mit der konventionellen Vorbehandlung mittels Schleifen verglichen. An reparierten Prüfkörpern ("soft patch" Verfahren) wurden Untersuchungen des Einflusses des Reparaturdesigns an ebenen und gestuften, geschäfteten Reparaturen sowie an Prüfkörpern, die eine Variation des Schäftungsverhältnisses von 1:9 bis 1:50 aufwiesen, durchgeführt. Weiters wurden ein verstärkter und ein unverstärkter Klebstoff für die Herstellung dieser Prüfkörper verwendet. Um die Festigkeit und das Versagensverhalten der verklebten Prüfkörper unter anwendungsrelevanten Bedingungen zu charakterisieren, wurden die "single-lap" Prüfkörper sowie die reparierten Prüfkörper bei ausgewählten Bedingungen ausgelagert. Die quasi-statischen Versuche zur Ermittlung der Festigkeit sowie des Versagensverhaltens wurden bei Raumtemperatur beziehungsweise bei 70 ◦C durchgeführt. Die einzelnen Bestandteile der Klebungen wurden ebenfalls unter den genannten Bedingungen ausgelagert und geprüft, wodurch sichergestellt werden konnte, dass das Materialverhalten sowohl des reinen Klebstoffes als auch der Fügeteile unter den gewählten, anwendungsrelevanten Bedingungen getrennt betrachtet werden konnten. Es ist zu bemerken, dass in der Literatur Studien existieren, die bestimmte der oben genannten Aspekte adressieren. Jedoch wird innerhalb dieser Arbeit das mechanische Verhalten zweier Typen von Klebeverbindung bestehend aus einer bestimmten Kombination von Fügeteil und Klebstoff sowie ebendieser Typen von Fügeteil bzw. Klebstoff in Abhängigkeit der Oberflächenvorbehandlung sowie der Umgebungsbedingungen untersucht wurden. Dies ist hervorzuheben, da die Eigenschaften von Klebungen unter Anderem von der Kombination aus Fügeteil und Klebstoff bestimmt werden.

Details

Titel in ÜbersetzungStrukturelle Integrität und Beständigkeit von Klebungen für Reparaturen an Verbundwerkstoffen in Luftfahrtanwendungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Gradverleihende Hochschule
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Pinter, Gerald, Beurteiler A (intern)
  • Fiedler, Bodo, Beurteiler B (extern), Externe Person
StatusVeröffentlicht - 2020