Faserbruchgeschehen in kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen: = Fibre fracture behaviour in carbon fibre reinforced plastics
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Aachen
Mainz
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Problemstellung ----------------------------------- — — — — — -----------------------------------1
2 Grundlagen und Begriffsdefinitionen — — — ---------------------------------------------------------— ---------------------- 5
2 1 Herstellung und innerer Aufbau der Kohlenstofffaser 5
2 2 Richtungsabhängiges Werkstoffverhalten 7
23 Mehrschichtige Laminate und Koordinatensysteme 8
2 4 Die unidirektionale Einzelschicht 9
2 5 Schichtweise Spannungsanalyse 11
2 6 Schichtweise Festigkeitsanalyse 14
261 Bruchmechanismen in der unidirektionalen Einzelschicht 15
262 Grundsätzliches zu Versagenskriterien 17
3 Versagenskriterien für unidirektionale Einzelschichten — 20
3 1 Historische Entwicklung — — 20
3 2 Versagenskriterien nach Puck 25
321 Zwischenfaserbruch 26
3211 Einfluss hoher faserparalleler Spannungen auf den Zwischenfaserbruch 30
322 Faserbruch 30
3221 Herleitung der Faserbruch-Anstrengung für den räumlichen Spannungszustand 31
33 Versagenskriterien nach Hart-Smith 34
331 Verallgemeinerung der Schubspannungshypothese nach Tresca 35
332 „Cut-offs“ 39
3 4 Gegenüberstellung im Dehnungsraum 40
3 5 Bisherige experimentelle Beobachtungen zum Faserbruch 44
4 Zielsetzung der Untersuchungen— — — ------------------------------------------------------------— — — -----------------------49
5 Mikromechanische Betrachtungen----------------------------------------------------------------------------— — — 51
5 1 Finite-Elemente-Modell 51
5 2 Berechnete LastfIUe 52
53 Auswertemethoden 54
5 4 Berechnungsergebnisse — — — -------- — --- 56
541 Thermische Kontraktion und Eigenspannungen 56
542 Spannungen im globalen Koordinatensystem 56
543 Spannungen im Kegel-Koordinatensystem 59
5 5 Zwischenbilanz 62
5 6 Nebenprodukte der mikromechanischen Berechnungen 64
561 Steifigkeitskennwerte 64
562 Vergrößerungsfaktor fiir die mittlere Spannung in der Faser 64
6 Versuchskonzept ------------------------------------------------—----------------------------------------------------- --------- 68
6 1 Torsionsrohre als Probekörper 68
6 2 Auslegungsmethoden — 70
621 Auslegung dickwandiger Rohre 81
622 Berücksichtigung von Nichtlinearitäten 86
6221 Sukzessives Bruchgeschehen 86
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung und Problemstellung
■
6 22 2 Degressives Spannungs/Dehnungsverhalten 89
623 Thermische Eigenspannungen 94
63 Materialauswahl 70
6 4 Auslegung der verwendeten Probekörper 71
641 Zugversuche 74
6411 Einachsiger Spannungszustand 74
6412 Zweiachsiger Spannungszustand 76
642 Druckversuche 77
6421 Zweiachsiger Spannungszustand 77
6422 Einachsiger Spannungszustand 78
643 Ergebnis der Auslegung der verwendeten Probekörper 79
6 5 Versuchsdurchftthrung — --- 95
651 Fertigung der Probekörper 95
652 Zug/Druck/Torsions-Prüfmaschine 98
653 Innendruck-Anlage 100
654 Einspannvorrichtung 103
655 Messwerterfassung 104
7 Experimentelle Untersuchungen 107
7 1 Mechanische Prüfungen 107
711 Zugversuche 107
712 Druckversuche 115
713 Überblick über alle gültigen Versuche 122
7 2 Mikroskopische Untersuchungen — — 125
721 Zugversuche 126
722 Druckversuche 128
8 Schlussfolgerungen ______________________________________________ ____ ------ ------ —131
9 Ausblick ______________________________________________________________________________________________________136
10 ZUSAMMENFASSUNG/SUMMARY 138
10 1 Zusammenfassung 138
10 2 Summary 140
11 Abkürzungen, Formelzeichen und Indizes ---------------------------------------------- --------------—142
11 1 Abkflrzungen „ „„142
11 2 Formelzeichen 143
11 3 Indizes 145
12 Literatur _________ __________________________________________________________________________________ 147
13 Anhang_____________ ____ ___ — -------------- ---- -------------------153
13 1 Verwendete Materialdaten 153
1 Einführung und Problemstellung
Als in den 70er Jahren des zwanzigsten Jahrh
kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen zum E
Wendungen in der Luft- und Raumfahrt, wo die
stofffasem in Relation zum Gewicht gezielt genu
als exotisch und waren extrem teuer Der Preis
anfangs nur in von den Regierungen finanziell
der Raumfahrt eingesetzt werden konnten; eine
Heute haben Kohlenstofffasem erfreulicherweise
eingebüßt, so dass kohlenstofffaserverstärkte K
im industriellen Maschinenbau in Frage kommen
Image als „Wunderwerkstoff“ besteht allerdings
tuung der Marketingabteilungen, aber zum Lei
Hemmschwelle zum Einsatz dieser Werkstoffe
ken ist als ihr Preis Erst ab Mitte der 90er Jahre
funden(Bild 1 1)
Markteinführung Sportartikel
Expansion in
Luftfahrt strieüer
Bild 1 1: Entwicklung von Preis und Verbr
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