TY - THES

T1 - Zerstörungsfreie in-situ-Detektion von Schädigungsprozessen bei Ermüdungsbelastung zur Charakterisierung von Faserverbundwerkstoffen

AU - Sperling, Clemens

N1 - gesperrt bis null

PY - 2021

Y1 - 2021

N2 - Faserverbundwerkstoffe bieten ein hohes Leichtbaupotential aufgrund ihrer hohen Steifigkeiten bzw. Festigkeiten bei geringer Dichte. Um Versagen infolge von Materialermüdung bei schwingenden Belastungen zu verhindern, werden diese Bauteile oft überdimensioniert. Weitere Material- und Kosteneinsparungen können erreicht werden, indem die Materialschädigung während des Betriebes besser eingeschätzt werden kann. Hier setzt diese wissenschaftliche Arbeit an. Durch Ermüdungsversuche mit zyklischen Zugversuchen an glasfaserverstärkten Epoxidharzen soll der Verlauf der Schädigung in mehreren Laminataufbauten untersucht werden. Dazu werden die Veränderungen der Steifigkeit und der Poissonzahl gemessen. Hierbei werden die Dehnungen über Kolbenwege und zusätzlich über die digitale Bildkorrelation bestimmt. Ergänzend wird die Schädigung durch ein Schallemissionssystem aufgezeichnet. In den ±45° Laminaten konnten keine Matrixrisse durch die Schallemission detektiert werden. Jedoch konnte durch ein Plateau im Steifigkeitsverlauf und durch eine Auswertung der Schallemissionsdaten der Start der Delamination in ±45° Laminaten festgestellt werden. Des Weiteren konnte, ebenfalls durch die Schallemission, ein potenzielles Abbruchkriterium für Wöhlerversuche dargestellt werden. Beim 90° Laminat wurde ein konstanter Abfall des E-Moduls bis zum Bruch gemessen, der auf die zunehmende Rissdichte zurückzuführen ist. Weiters wurden auch hier Schallemissionsdaten generiert, die mit den Auswertungen aus der digitalen Bildkorrelation in Zusammenhang gebracht werden konnten. Bei Laminaten aus 0° Schichten mit eingebetteten 90° Schichten, konnten keine signifikanten Veränderungen des E-Moduls, sowie der Poissonzahl gemessen werden. Jedoch konnten von Beginn an Signale von Matrixrissen detektieren werden. Durch die gute Leitung von Wellen in den 0° Fasern sind diese Kreuzverbunde, ebenso wie die in der Praxis häufiger verwendeten multiaxialen Gelege, gut für die Nutzung der Schallemission zur Detektion von Schädigung geeignet.

AB - Faserverbundwerkstoffe bieten ein hohes Leichtbaupotential aufgrund ihrer hohen Steifigkeiten bzw. Festigkeiten bei geringer Dichte. Um Versagen infolge von Materialermüdung bei schwingenden Belastungen zu verhindern, werden diese Bauteile oft überdimensioniert. Weitere Material- und Kosteneinsparungen können erreicht werden, indem die Materialschädigung während des Betriebes besser eingeschätzt werden kann. Hier setzt diese wissenschaftliche Arbeit an. Durch Ermüdungsversuche mit zyklischen Zugversuchen an glasfaserverstärkten Epoxidharzen soll der Verlauf der Schädigung in mehreren Laminataufbauten untersucht werden. Dazu werden die Veränderungen der Steifigkeit und der Poissonzahl gemessen. Hierbei werden die Dehnungen über Kolbenwege und zusätzlich über die digitale Bildkorrelation bestimmt. Ergänzend wird die Schädigung durch ein Schallemissionssystem aufgezeichnet. In den ±45° Laminaten konnten keine Matrixrisse durch die Schallemission detektiert werden. Jedoch konnte durch ein Plateau im Steifigkeitsverlauf und durch eine Auswertung der Schallemissionsdaten der Start der Delamination in ±45° Laminaten festgestellt werden. Des Weiteren konnte, ebenfalls durch die Schallemission, ein potenzielles Abbruchkriterium für Wöhlerversuche dargestellt werden. Beim 90° Laminat wurde ein konstanter Abfall des E-Moduls bis zum Bruch gemessen, der auf die zunehmende Rissdichte zurückzuführen ist. Weiters wurden auch hier Schallemissionsdaten generiert, die mit den Auswertungen aus der digitalen Bildkorrelation in Zusammenhang gebracht werden konnten. Bei Laminaten aus 0° Schichten mit eingebetteten 90° Schichten, konnten keine signifikanten Veränderungen des E-Moduls, sowie der Poissonzahl gemessen werden. Jedoch konnten von Beginn an Signale von Matrixrissen detektieren werden. Durch die gute Leitung von Wellen in den 0° Fasern sind diese Kreuzverbunde, ebenso wie die in der Praxis häufiger verwendeten multiaxialen Gelege, gut für die Nutzung der Schallemission zur Detektion von Schädigung geeignet.

KW - Faserverbundwerkstoffe

KW - Schädigungsdetektion

KW - Ermüdung

KW - Schallemission

KW - digitale Bildkorrelation

KW - Poissonzahl

KW - fiber-reinforced composites

KW - damage detection

KW - fatigue

KW - acoustic emission

KW - digital image correlation

KW - poisson ratio

M3 - Masterarbeit

ER -