Ein Beitrag zum Nachweis hybrider Tragelemente in Metall-Faserverbundkunststoff Bauweise:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
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Essen
VGE-Verl.
2009
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|---|---|
| adam_text | Titel: Ein Beitrag zum Nachweis hybrider Tragelemente in Metall-Faserverbundkunststoff Bauweise
Autor: Qaimi, Ahmad Siear
Jahr: 2009
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
1.1 Ziel und Aufbau der Arbeit .......................... 2
1.2 Frühere Arbeiten über den schubweichen Hybridträger ........... 3
2 Grundlagen faserverstärkter Kunststoffe 5
2.1 Einführung ................................... 5
2.2 Eigenschaften der Fasern............................ 7
2.2.1 Glasfasern................................ 9
2.2.2 Kohlefasern............................... 11
2.3 Matrixwerkstoffe................................ 15
3 Berechnung der Materialeigenschaften faserverstärkter Kunststoffe 17
3.1 Einzelschichtanalyse- Mikromechanik..................... 17
3.1.1 Berechnung der elastischen Größen einer Unidirektionalen Einzel-
schicht .................................. 20
3.1.2 Festigkeiten der Unidirektionalen Einzelschicht............ 24
3.1.3 Versagensmeehanismen der Unidirektionalen Einzelschieht ..... 28
3.2 Schichtenverbundanalvse - Makromechanik.................. 31
3.2.1 Transformation der Einzelschicht in das globale Koordinatensystem 31
3.2.2 Klassische Laminattheorie....................... 32
3.2.3 Versagen des Schiclitenverbundes................... 37
3.3 Einlluss der Temperatur............................ 38
3.3.1 Tempcraturausdelmungskoeflizient der unidirektionalen
Einzelschicht .............................. 39
III
Inhaltsverzeichnis
3.3.2 Temperaturverhalten des Schichtenverbundes............. 40
3.3.3 Versuchstechnische Untersuchung des Temperaturverhaltens nach
Schwarz................................. 42
3.4 Zeitabhängiges Verhalten von
Faserverbundkunststoffen............................ 44
3.4.1 Allgemeines............................... 44
3.4.2 Grundlagen linear-viskosen Materialverhaltens............ 45
3.4.3 Einachsiges Zeitverhalten einer unidirektionalen Schicht....... 49
3.4.4 Zweiachsiges Zeitverhalten einer unidirektionalen Schicht...... 52
3.4.5 Zeitverhalten des mehrschichtigen Laminates............. 53
3.4.6 Verwendete Zeitstandsfunktionen................... 55
4 Beschreibung der Finite Elemente Modelle in Ansys und B B 59
4.1 Ansys - Finite Elemente Modell........................ 61
4.2 B B - Finite Elemente Modell......................... 64
4.2.1 Aufbau der Elementsteifigkeitsmatrix unter Berücksichtigung or-
thotropen Materialverhaltens ..................... 64
4.2.2 DKQ-Plattenelement.......................... 65
5 Offene Querschnitte unter statischer Belastung 67
5.1 Tragfähigkeitsuntersuchungen......................... 70
5.1.1 Tragfähigkeitsuntersuchungen an hybriden Querschnitten...... 73
5.1.2 Vergleich der Tragfähigkeit von Hybrid- und Stahlprofilen...... 77
5.2 Verformungen.................................. 79
5.3 Stabilitätsuntersuchungen ........................... 83
5.3.1 Ermittlung des Biegedrillknickmoments................ 83
5.3.2 Vergleich der FE-Ergebnisse...................... 88
5.3.3 Vergleich der finite Elemente Ergebnisse mit den analytischen Er-
gebnissen ................................ 97
IV
Inhaltsverzeichnis
6 Näherungsmodell zum Nachweis für das I-Hybridprofil mit nachgiebi-
gem Verbund unter Berücksichtigung des zeitabhängigen Materialver-
haltens 101
6.1 Der schubweiche Hybridträger.........................101
6.1.1 Berechnung nach dem Verfahren der
effektiven Querschnittswerte......................103
6.1.2 Berechnung der zeitabhängigen Verformungen............106
6.1.3 Ermittlung der maximalen Normal-und Schubspannungen.....112
6.2 Bestimmung der Bemessungswerte.......................116
6.3 Vorschlageines Nachweisverfahrens......................119
6.3.1 Nachweis der Grenzspannungen....................120
6.3.2 Biegedrillknicksicherheitsnachweis...................121
6.4 Rekursive Ermittlung der aufnehmbaren Lasten...............126
7 Langzeitversuche an I-Hybridprofilen 128
7.1 Kurzzeit Zugversuche..............................129
7.2 Beschreibung der Langzeitversuche......................131
7.3 Näherungsfunktion zur Auswertung der Langzeitmesswerte.........133
7.4 Versuchsergebnisse...............................135
7.4.1 Versuch V - JH - 4..........................135
7.4.2 Versuch V - IH - 5..........................137
8 Berechnungsbeispiel 139
8.1 Berechnung der Materialeigensehaften des GFK............... 140
8.2 Berechnung der Verformungen für den Zeitpunkt / = 1000 h ........ 14(i
8.3 Berechnung der Spannungen für den Zeitpunkt t = 1000 /ý ......... 148
8.4 Nachweis des Steges mit dem Tsai-Wu-Kritcrtum für den Zeitpunkt í =
1000 h...................................... 150
8.5 Rekursive Ermittlung der aufnehmbaren La.st unter Berücksichtigung des
T.sai-Wu-Kritc.rnims.............................. 153
9 Zusammenfassung und Ausblick 155
V
Inhaltsverzeichnis
Literaturverzeichnis 157
A Anhang 168
A.l Ergänzung zu Abschnitt 3.2.2.........................168
A.2 Ergänzung zu Abschnitt 3.4..........................171
A.3 Ergänzung zu Abschnitt 3.4.4.........................172
A.4 Ergänzung zu Abschnitt 5...........................175
A.5 Ergänzung zu Abschnitt 6.1.2.........................179
A.6 Ergänzung zu Abschnitt 6.1.3.........................180
A.7 Ergänzung zum Abschnitt 7.4.........................181
A.7.1 Versuch V - IH - 1 ..........................181
A.7.2 Versuch V - IH - 2..........................182
A.8 Das Programmsystem Hybrid.........................184
VI
|
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