TY - THES

T1 - Probeneinflüsse bei der mechanischen Prüfung von Composites

AU - Drvoderic, Matthias

N1 - nicht gesperrt

PY - 2018

Y1 - 2018

N2 - Diese Arbeit untersucht Probeneinflüsse auf Prüfkörper aus unidirektionalen (UD) Verbundwerkstoffen bei einer Faserorientierung von 90°. Ziel war, ein Prüfkörperdesign zu finden, welches sich gut für die Prüfung der Materialeigenschaften quer zur Faserrichtung eignet. Hier besteht das Problem, dass bei nicht taillierten Prüfkörpern die Einflüsse der Einspannung oft ein Versagen in deren Nähe auslösen und der Versuch dadurch nicht mehr als gültig gewertet werden kann. In dieser Arbeit werden hauptsächlich die Geometrieeinflüsse auf das Versagensrisiko von Schulterstäben betrachtet. Diese werden mit Finite-Elemente-Simulationen (FE) berechnet. Um die Berechnungen durchzuführen, wurde ein Skript programmiert, welches das Berechnungsmodell automatisch aus Eingangsvariablen erstellt. Damit teilt sich die Arbeit in zwei Blöcke. Der erste Block befasst sich mit dem Skript für das Modell und die Möglichkeiten, die es bietet. Der zweite Block beinhaltet die Ergebnisse der Berechnungen und deren Auswertung. Am Ende werden die Simulationsergebnisse mit den Daten von Zugversuchen verglichen. Das entwickelte Skript zur Erstellung des Simulationsmodells ist modular aufgebaut und kann auch für andere Simulationen von Zugprüfstäben verwendet werden. Ziel dieses ersten Blocks war es, ein Simulationswerkzeug zu entwickeln, um Modelle von flachen Zug- oder Druckprüfstäben automatisch erstellen und berechnen zu können. Das Preprocessing kann somit schnell durchgeführt werden und es werden in kurzer Zeit qualitativ hochwertige Simulationsergebnisse generiert. Im zweiten Block werden die Ergebnisse der Simulation vorgestellt. Eine Analyse der Geometrieeinflüsse ergab die Richtung und die relative Höhe des Einflusses auf das Versagensrisiko. Dabei werden die berechneten Risiken auf das Versagensrisiko im Testfeld normiert, da die Proben dort versagen sollen, um einen gültigen Versuch darzustellen. Im weiteren Verlauf wird versucht, die Problemstellen so zu optimieren, dass ein Versagen im Testfeld und nicht in anderen Bereichen auftritt. Als kritische Bereiche haben sich die Einspannung und die Schulter herausgestellt. Vor allem in der Einspannung ergeben sich starke Spannungsüberhöhungen am Ende der Aufleimer. Im Schulterbereich ergeben sich auf Grund der Verjüngung des Querschnitts Spannungsüberhöhungen. Hier wurde versucht, diese mittels Optimierung der Schultergeometrie abzufangen. Aufgrund der Simulationsergebnisse werden schlussendlich zwei Designvorschläge für UD90 Proben vorgestellt, welche auch mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden.

AB - Diese Arbeit untersucht Probeneinflüsse auf Prüfkörper aus unidirektionalen (UD) Verbundwerkstoffen bei einer Faserorientierung von 90°. Ziel war, ein Prüfkörperdesign zu finden, welches sich gut für die Prüfung der Materialeigenschaften quer zur Faserrichtung eignet. Hier besteht das Problem, dass bei nicht taillierten Prüfkörpern die Einflüsse der Einspannung oft ein Versagen in deren Nähe auslösen und der Versuch dadurch nicht mehr als gültig gewertet werden kann. In dieser Arbeit werden hauptsächlich die Geometrieeinflüsse auf das Versagensrisiko von Schulterstäben betrachtet. Diese werden mit Finite-Elemente-Simulationen (FE) berechnet. Um die Berechnungen durchzuführen, wurde ein Skript programmiert, welches das Berechnungsmodell automatisch aus Eingangsvariablen erstellt. Damit teilt sich die Arbeit in zwei Blöcke. Der erste Block befasst sich mit dem Skript für das Modell und die Möglichkeiten, die es bietet. Der zweite Block beinhaltet die Ergebnisse der Berechnungen und deren Auswertung. Am Ende werden die Simulationsergebnisse mit den Daten von Zugversuchen verglichen. Das entwickelte Skript zur Erstellung des Simulationsmodells ist modular aufgebaut und kann auch für andere Simulationen von Zugprüfstäben verwendet werden. Ziel dieses ersten Blocks war es, ein Simulationswerkzeug zu entwickeln, um Modelle von flachen Zug- oder Druckprüfstäben automatisch erstellen und berechnen zu können. Das Preprocessing kann somit schnell durchgeführt werden und es werden in kurzer Zeit qualitativ hochwertige Simulationsergebnisse generiert. Im zweiten Block werden die Ergebnisse der Simulation vorgestellt. Eine Analyse der Geometrieeinflüsse ergab die Richtung und die relative Höhe des Einflusses auf das Versagensrisiko. Dabei werden die berechneten Risiken auf das Versagensrisiko im Testfeld normiert, da die Proben dort versagen sollen, um einen gültigen Versuch darzustellen. Im weiteren Verlauf wird versucht, die Problemstellen so zu optimieren, dass ein Versagen im Testfeld und nicht in anderen Bereichen auftritt. Als kritische Bereiche haben sich die Einspannung und die Schulter herausgestellt. Vor allem in der Einspannung ergeben sich starke Spannungsüberhöhungen am Ende der Aufleimer. Im Schulterbereich ergeben sich auf Grund der Verjüngung des Querschnitts Spannungsüberhöhungen. Hier wurde versucht, diese mittels Optimierung der Schultergeometrie abzufangen. Aufgrund der Simulationsergebnisse werden schlussendlich zwei Designvorschläge für UD90 Proben vorgestellt, welche auch mit experimentellen Ergebnissen verglichen werden.

KW - clamping influence

KW - specimen geometry

KW - variable model

KW - specimen parameters

KW - composite specimen

KW - Prüfkörpergeometrie

KW - Prüfkörper FEM

KW - Einspannungseinfluss

M3 - Masterarbeit

ER -