TY - THES

T1 - Charakterisierung der Schadenstoleranz und der monotonen und zyklischen interlaminaren Risszähigkeit von Polymer-Laminaten

AU - Stelzer, Steffen

N1 - gesperrt bis null

PY - 2009

Y1 - 2009

N2 - Obwohl Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe durch ihre hervorragenden spezifischen Eigenschaften ein unbestrittenes Potential im Leichtbau haben, wurden sie hierfür bisher nur begrenzt eingesetzt. Das liegt vor allem an deren Anfälligkeit für Delaminationen, die bei zyklischer Beanspruchung auch bei Lasten unter der statischen Festigkeit zu einem kritischen Ausmaß heranwachsen und infolgedessen das Versagen eines Bauteils auslösen können. Um ein solches Versagen verhindern zu können, bedarf es sowohl Kennwerte die dieses Risswachstum und dessen Initiierung beschreiben, um bereits bei der Konstruktion geeignete Schritte gegen das Initiieren und Wachsen von Rissen und Delaminationen setzen zu können, als auch Ansätze zur Verbesserung des Materialverhaltens. Dabei sollte, neben der Unterbindung des Delaminationswachstums durch geeignete Schritte in der Herstellung des Werkstoffs, ein Schwerpunkt auf dem Verhalten des Materials unter Impactlasten liegen, da diese neben den zyklischen, die kritischsten Lasten für Faserverbundwerkstoffe mit Schichtaufbau sind. Beide Belastungsformen werden in der Literatur unter der Thematik der Schadenstoleranz zusammengefasst. In dieser Arbeit wurden diese beiden Punkte an verschiedenen Materialien behandelt. Zyklische, weggesteuerte Untersuchungen des Delaminationsverhaltens erwiesen sich dabei als eine sehr geeignete Methode um das Risswachstum an künstlich und definiert in unidirektionalen (UD) Laminaten eingebrachten Fehlstellen zu messen. Das Delaminationsverhalten von UD-Laminaten mit einer Polyetheretherketon- und einer Epoxidharzmatrix konnte gut gegenübergestellt werden und es konnten weder Einflüsse von Maschinen-, noch von Prüfkörperparametern auf die Messungen gefunden werden. Um diese Messung für ein industrielles Umfeld geeignet zu machen wurde die Prüfzeit auf ca. 24 Stunden beschränkt und der Fokus auf den Vergleich der Risswachstumskurven gelegt, ohne auf den Bereich des Rissstillstandes einzugehen. Zusätzlich wurde das Delaminationsverhalten auch an Geflechten mit bi- und triaxialem Aufbau untersucht. Sowohl bei monotonen, als auch bei zyklischen Lasten, konnte hierbei kein signifikanter Unterschied zwischen diesen Aufbauten gefunden werden. Um die Resttragfähigkeit der Geflechte nach einer Schädigung mit einer definierten Impactenergie und das Ausmaß dieser Schädigungen beurteilen zu können, wurden Compression After Impact-Versuche durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass der 45/90/-45- und der +/-45-Aufbau, bzw. der 45/0/-45- und der 0/90-Aufbau in etwa die gleichen Restdruckfestigkeiten besaßen.

AB - Obwohl Hochleistungsfaserverbundwerkstoffe durch ihre hervorragenden spezifischen Eigenschaften ein unbestrittenes Potential im Leichtbau haben, wurden sie hierfür bisher nur begrenzt eingesetzt. Das liegt vor allem an deren Anfälligkeit für Delaminationen, die bei zyklischer Beanspruchung auch bei Lasten unter der statischen Festigkeit zu einem kritischen Ausmaß heranwachsen und infolgedessen das Versagen eines Bauteils auslösen können. Um ein solches Versagen verhindern zu können, bedarf es sowohl Kennwerte die dieses Risswachstum und dessen Initiierung beschreiben, um bereits bei der Konstruktion geeignete Schritte gegen das Initiieren und Wachsen von Rissen und Delaminationen setzen zu können, als auch Ansätze zur Verbesserung des Materialverhaltens. Dabei sollte, neben der Unterbindung des Delaminationswachstums durch geeignete Schritte in der Herstellung des Werkstoffs, ein Schwerpunkt auf dem Verhalten des Materials unter Impactlasten liegen, da diese neben den zyklischen, die kritischsten Lasten für Faserverbundwerkstoffe mit Schichtaufbau sind. Beide Belastungsformen werden in der Literatur unter der Thematik der Schadenstoleranz zusammengefasst. In dieser Arbeit wurden diese beiden Punkte an verschiedenen Materialien behandelt. Zyklische, weggesteuerte Untersuchungen des Delaminationsverhaltens erwiesen sich dabei als eine sehr geeignete Methode um das Risswachstum an künstlich und definiert in unidirektionalen (UD) Laminaten eingebrachten Fehlstellen zu messen. Das Delaminationsverhalten von UD-Laminaten mit einer Polyetheretherketon- und einer Epoxidharzmatrix konnte gut gegenübergestellt werden und es konnten weder Einflüsse von Maschinen-, noch von Prüfkörperparametern auf die Messungen gefunden werden. Um diese Messung für ein industrielles Umfeld geeignet zu machen wurde die Prüfzeit auf ca. 24 Stunden beschränkt und der Fokus auf den Vergleich der Risswachstumskurven gelegt, ohne auf den Bereich des Rissstillstandes einzugehen. Zusätzlich wurde das Delaminationsverhalten auch an Geflechten mit bi- und triaxialem Aufbau untersucht. Sowohl bei monotonen, als auch bei zyklischen Lasten, konnte hierbei kein signifikanter Unterschied zwischen diesen Aufbauten gefunden werden. Um die Resttragfähigkeit der Geflechte nach einer Schädigung mit einer definierten Impactenergie und das Ausmaß dieser Schädigungen beurteilen zu können, wurden Compression After Impact-Versuche durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass der 45/90/-45- und der +/-45-Aufbau, bzw. der 45/0/-45- und der 0/90-Aufbau in etwa die gleichen Restdruckfestigkeiten besaßen.

KW - Laminat Delamination Geflecht Compression After Impact Schadenstoleranz Ermüdung

KW - fatigue delamination unidirectional laminate fracture toughness damage tolerance braiding

M3 - Masterarbeit

ER -