Das komplexe Schädigungsverhalten endlosfaserverstärkter Kunststoffe stellt ein wesentliches Hemmnis bei der Erschlie\ss ung des Leichtbaupotentials dieser Werkstoffgruppe dar. Die Entwicklung werkstoffangepasster Berechnungsmodelle, die eine zuverlässige Prognose der Verbundschädigung ermöglichen, bildet deshalb eine wichtige Grundlage für die Werkstoff- und Bauteilentwicklung hochbeanspruchter Faserverbundstrukturen.
Die derzeit verfügbaren Schädigungsmodelle sind oft nur auf bestimmte Schichtaufbauten der Faserverbundlaminate anwendbar, berücksichtigen die Zwischenfaserbruchbildung nur in transversal beanspruchten Schichten oder vernachlässigen die für Faserverbunde charakteristische Streuung der Werkstoffkennwerte, die von der heterogenen Mikrostruktur und inhärenten Störstellen bestimmt wird.
In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine physikalisch begründete Modellierung des Schädigungsverhaltens von Faser-Kunststoff-Verbunden mit beliebig orientierter Endlosfaserverstärkung hinsichtlich Zwischenfaserbruchbildung bei quasi-statischer und zyklischer Belastung entwickelt. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Entwicklung eines Modellansatzes, der sich durch eine möglichst breite Anwendbarkeit bezüglich des Schichtaufbaus und der Belastung der Laminate auszeichnet.:1 Einleitung
1.1 Zielstellung und Vorgehensweise
1.2 Literaturübersicht
2 Schädigung endlosfaserverstärkter Faser-Kunststoff-Verbunde
2.1 Begriffsabgrenzung
2.2 Definition der Rissdichte
2.3 Schädigungsphänomenologie
2.3.1 Makroskopisches Degradationsverhalten
2.3.2 Zwischenfaserbruchbildung in FKV-Laminaten
2.4 Einflussfaktoren auf die Rissbildung eingebetteter Laminatschichten
2.4.1 Faserorientierung
2.4.2 Schichtdicke
2.4.3 Beanspruchungszustand
2.4.4 Stochastische Aspekte der Rissbildung
2.4.5 Besonderheiten bei Ermüdungsbelastung
2.5 Modellierung der Vielfachrissbildung in FKV-Laminaten
2.5.1 Finite Bruchmechanik
2.5.2 Shear-Lag-Analyse
2.5.3 Bruchkriterien zur Bestimmung der Rissbildung in mehrschichtigen Faser-Kunststoff-Verbunden
3 Experimentelle Charakterisierung der Zwischenfaserbruchbildung
3.1 Werkstoffe und Prüfkörperfertigung
3.2 Bestimmung der Werkstoffeigenschaften der unidirektionalen Einzelschicht
3.2.1 Prüfmethoden und -ablauf
3.2.2 Ergebnisse der Werkstoffcharakterisierung
3.3 Prüfmethodik für multiaxial faserverstärkte Mehrschichtverbunde
3.3.1 Prüfkörpergeometrie und Prüfaufbau
3.3.2 Festlegung des Prüfprogramms
3.3.3 Schädigungsquantifizierung mittels Durchlichtfotografie
3.3.4 Ermittlung des Eigenspannungszustands in eingebetteten Laminatschichten
3.4 Ergebnisse der Schädigungsanalyse
3.4.1 Rissinitiierung und -wachstum unter quasi-statischer Belastung
3.4.2 Rissinitiierung unter zyklischer Belastung
3.4.3 Risswachstum unter zyklischer Belastung
3.4.4 Rissinteraktion
4 Modellierung der Rissbildung endlosfaserverstärkter Kunststoffe
4.1 Konstitutive Beziehungen des Laminats im Ausgangsmodell
4.2 Modellerweiterungen
4.2.1 Energiefreisetzungsrate eingebetteter Laminatschichten beliebiger Faserorientierung
4.2.2 Modellierung peripherer Laminatschichten
4.2.3 LokaleBetrachtung der Rissbildung
4.2.4 Berücksichtigung von Eigenspannung
4.2.5 Stochastische Aspekte der Rissbildung
4.2.6 Störstelleninduzierte Rissbildung
4.2.7 Rissspitzendelaminationen
4.2.8 Bruchkriterium für quasi-statische Belastung
4.2.9 Kriterien zur Bewertung von Rissinitiierung und Risswachstum bei Ermüdungsbelastung
4.3 Modellierungsablauf und kalibrierte Parameter
5 Verifikation und Validierung des Schädigungsmodells
5.1 Verifikation für quasi-statische Belastung
5.2 Verifikation für zyklische Belastung
5.3 Validierung mit verändertem Laminataufbau
6 Zusammenfassung und Ausblick
Literaturverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
A Anhang
A.1 Übersicht ausgewählter Modellansätze der Finiten Bruchmechanik
A.2 Prüfkörpergeometrien für bruchmechanische Untersuchungen
A.3 Prüfaufbau für bruchmechanische Untersuchungen
A.4 Prüfplan für zyklische Laminatversuche
A.5 Ergebnisse der Rissdichtebestimmungen bei Ermüdungsbelastung
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:92795 |
| Date | 11 September 2024 |
| Creators | Just, Gordon |
| Contributors | Gude, Maik, Horst, Peter, Technische Universität Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | urn:nbn:de:bsz:14-qucosa2-715610, qucosa:71561 |
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