Werkstoffeigenschaften handlaminierter Faserverbundkunststoffe, erfasst in realen und virtuellen Laboren der Mechanik unter Einsatz von Methoden zur Wissensorganisation:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Göttingen
Cuvillier
2012
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| Edition: | 1. Aufl. |
| Series: | Schriftenreihe des Lehrstuhls für Kontinuumsmechanik und Materialtheorie der Technischen Universität Berlin
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| Online Access: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Physical Description: | 283, [18] S. Ill., graph. Darst. 21 cm 1 CD-ROM (12 cm) |
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IMAGE 1
IN HALTS VERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
DANKSAGUNG
ZUSAMMENFASSUNG
ABSTRACT
INHALTSVERZEICHNIS
BEZEICHNUNGEN: ABKUERZUNGEN UND SYMBOLE
1 EINLEITUNG UND AUFGABENSTELLUNG
2 MECHANIK UND REALE LABORE - EXPERIMENTELLE BESTIMMUNG ELASTISCHER
MATERIALEIGENSCHAFTEN FASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFFVERBUNDWERKSTOFFE UNTER
EINSATZ OPTISCHER FELDMESSVERFAHREN
2.1 WISSENSWERTES UEBER FASERVERSTAERKTE KUNSTSTOFFVERBUNDE 2.1.1 EINSATZ
VON FASERVERSTAERKTEN KUNSTSTOFFVERBUNDEN UNTER LEICHTBAUGESICHTSPUNKTEN
2.1.2 WERKSTOFFE MIT MASSGESCHNEIDERTEN MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN
2.1.3 ZUSAMMENSPIEL VON FASER UND MATRIX IM VERBUND
2.1.4 ANWENDUNGSBEISPIELE VON FASER-KUNSTSTOFF-VERBUNDEN
2.2 VERSTAERKUNGSFASERN IM EINSATZ
2.2.1 GLASFASERN
2.2.2 KOHLENSTOFFFASERN
2.2.3 ARAMIDFASERN
2.2.4 BASALTFASERN
2.2.5 PRINZIPIELLE MESSVERFAHREN FUER DIE ELEMENTARKENNDATEN D E R FASER
2.2.6 TEXTILE FLAECHENGEBILDE
2.2.6.1 LEINWANDBINDUNG
2.2.6.2 KOEPERBINDUNG
2.2.6.3 EINFLUSS D E R GEWEBEBINDUNG A U F MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN
2.2.6.4 ABREISSGEWEBE
2.2.6.5 GELEGE
2.2.7 'UNTERSUCHTE G E W E B E
2.3 DER KUNSTSTOFF ALS MATRIXMATERIAL DER W A H L
2.4 HERSTELLUNGSVERFAHREN - FASERN+MATRIX=VERBUNDWERKSTOFF
2.4.1 HANDLAMINIERVERFAHREN
2.4.2 VAKUUMVERFAHREN
1
5
7
9
1 0
1 1
1 2
15
19
2 1
2 3
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3 3
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3 9
3 9
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4 9
52
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IMAGE 2
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
2.5 VON DER LAMINATHERSTELLUNG BIS Z U M FERTIGEN PRUEFKOERPER 5 3
2.5.1 FESTLEGUNG DES VERSUCHSPROGRAMMS - VERSUCHSPLANUNG 5 6
2.5.2 GEWEBEZUSCHNITT 5 7
2.5.3 FASERABLAGE VON GEWEBEN, STAPELFOLGE 5 9
2.5.4 LAMINIEREN - FERTIGUNGSPROZESS D E R PRUEFLAMINATE 61
2.5.5 BESTIMMUNG DES FASERVOLUMENANTEILS 6 3
2.5.6 FERTIGUNG D E R PRUEFKOERPER UND PRUEFKOERPERGEOMETRIE 6 7
2.5.6.1 VORUEBERLEGUNGEN Z U M PRUEFKOERPER 6 7
2.5.6.2 PRUEFKOERPERGEOMETRIE 6 7
2.5.6.3 AUFLEIMER Z U R KRAFTEINLEITUNG 6 9
2.5.6.4 PRUEFKOERPER HERAUSTRENNEN AUS VORBEREITETEM PRUEFLAMINAT 71
2.5.7 PROBENPRAEPARATION MIT STOCHASTISCHEM OBERFLAECHENMUSTER 72
2.6 MESSUNG MECHANISCHER KENNDATEN EINES VERBUNDES - VERSUCHSAUFBAU,
-TECHNIK UND
-DURCHFUEHRUNG 73
2.6.1 D E R KLASSIKER - QUASISTATISCHER ZUGVERSUCH 7 5
2.6.2 SCHWELLENDE BELASTUNG - ZYKLISCHER ZUGVERSUCH 78
2.6.3 OPTISCHE VERFORMUNGSANALYSE MIT HILFE PHOTOGRAMMETRISCHER
MESSMETHODEN 79
2.6.3.1 WIE FUNKTIONIERT DAS? 8 0
2.6.3.2 ANWENDUNG D E R OPTISCHEN VERFORMUNGSERFASSUNG UND TECHNISCHE
DATEN 78
2.6.3.3 WAS OPTISCHE DEFORMATIONSANALYSE (NICHT) KANN 81
2.6.3.4 MESS(UN)GENAUIGKEIT 82
2.6.3.5 GEOMETRISCHES DEHNUNGSPHAENOMEN D E R DECKSCHICHT BEI A N W E N D
U N G A U F
FASERVERBUNDSTRUKTUREN 8 3
2.6.3.6 VERGLEICH PHOTOGRAMMETRISCHER ANALYSE MIT KLASSISCHEM
EXTENSOMETER 83
2.7 VERSUCHSAUSWERTUNG UND GRGEBNISBETRACHTUNG 8 6
2.7.1 SPANNUNGS-DEHNUNGS-VERHALTEN D E R GEPRUEFTEN
FASERGEWEBEVERSTAERKTEN KUNSTSTOFFE (MESSKURVEN) 89
2.7.1.1 GLASFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFF 8 9
2.7.1.2 ARAMIDFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFF 9 0
2.7.1.3 BASALTFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFF 9 1
2.7.1.4 KOHLENSTOFFFASERVERSTAERKTER KUNSTSTOFF 92
2.7.1.5 VERGLEICH DES MATERIALABHAENGIGEN SPANNUNGS-DEHNUNGS-VERHALTENS
(BEI GLEICHER
FASERORIENTIERUNG) 9 3
2.7.2 KENNGROESSENBESTIMMUNG AUS D E M EXPERIMENT (DIN 527-1, D I N E N
2747) 9 4
2.7.2.1 D E R ELASTIZITAETSMODUL 9 4
2.7.2.1.1 HANDELT ES SICH UEBERHAUPT U M LINEAR-ELASTISCHES
MATERIALVERHALTEN? SPANNUNGS-DEHNUNGS-VERHALTEN IM ZYKLISCHEN ZUGVERSUCH
9 6
2.7.2.1.2 EINFLUSS DES FASERVOIUMENANTEILS A U F DEN E-MODUL 9 8
2.7.2.2 DER SCHUBMODUL 102
2.7.2.2.1 IN WELCHEM WERTEBEREICH UND WIE GENAU WIRD G , 2 E R M I T T E
L T ? 102
2.7.2.2.2 SCHUBMODULBESTIMMUNG - BEGRUENDUNG D E R VORGEHENSWEISE 103
2.7.2.2.3 EINFLUSS DES FASERVOLUMENANTEILS A U F DEN SCHUBMODUL 104
2.7.2.3 DIE QUERKONTRAKTIONSZAHL (POISSONZAHL) 105
2.7.2.3.1 EINFLUSS DES FASERVOLUMENANTEILS A U F DIE
QUERKONTRAKTIONSZAHL 106
2.7.2.3.2 GROESSER 0,5 - GEHT D A S ? 106
2.7.3 FEHLERABSCHAETZUNG FUER FASERVOLUMENANTEIL UND E-MODUL 107
IMAGE 3
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
3 THEORIE ZUM L A B O R -
EINFUEHRUNG IN DIE LAMINATTHEORIE UND VERGLEICH MIT EXPERIMENTEN
3.1 BILANZGLEICHUNGEN
3.1.1 ZIEL D E R KONTINUUMSMECHANIK: BESTIMMUNG VON VIER FELDERN
3.1.2 MASSENBIIANZ
3.1.3 IMPULSBILANZ
3.1.4 UMFORMUNG D E R MASSEN- UND IMPULSBILANZ
3.1.5 ZUSAMMENFASSUNG WICHTIGER ERKENNTNISSE
3.2 MATERIALGESETZ
3.2.1 ALLGEMEINE FORMULIERUNG DES HOOKESCHEN GESETZES FUER BELIEBIGE
ANISOTROPE
LINEAR-ELASTISCHE MATERIALIEN
3.2.2 TOTALER DEHNUNGSTENSOR
3.2.2.1 THERMISCHE DEHNUNGEN
3.2.2.2 QUELLUNGEN
3.2.3 STEIFIGKEITSMATRIX
3.2.4 SUPERINDEX ANGEWENDET A U F HOOKESCHES GESETZ
3.2.5 NACHGIEBIGKEITSMATRIX
3.3 WERKSTOFFEIGENSCHAFTEN HOMOGENITAET UND ANISOTROPIE
3.3.1 HOMOGENITAET
3.3.2 ANISOTROPIE
3.3.3 KOORDINATENTRANSFORMATION MIT DREH- UND SYMMETRIEMATRIZEN
3.4 STEIFIGKEITS- UND NACHGIEBIGKEITSMATRIZEN IN ABHAENGIGKEIT VON DER
WERKSTOFFSYMMETRIE
(KRISTALLKLASSE)
3.4.1 TRIKLIN
3.4.2 MONOKLIN
3.4.3 ORTHOTROP/ ORTHORHOMBISCH
3.4.4 TETRAGONAL
3.4.5 TRIGONAL
3.4.6 TRANSVERSALE ISOTROPIE
3.4.7 KUBISCH
3.4.8 ISOTROPE MATERIALIEN
3.5 EINFUEHRUNG VON INGENIEURKONSTANTEN
3.5.1 "EXPERIMENTE" BEI MONOKLINEN WERKSTOFFEN
3.5.2 "EXPERIMENTE" BEI ORTHOTROPEN WERKSTOFFEN
3.5.3 "EXPERIMENTE" BEI TRANSVERSAL-ISOTROPEN WERKSTOFFEN
3.6 TRANSFORMATION RICHTUNGSABHAENGIGER EINZELSCHICHTINFORMATIONEN Z U R
LAMINATSTEIFIGKEIT
3.7 LAMINATTHEORIE - SPEZIELLES MATERIALGESETZ FUER DEN ORTHOTROPEN FALL
2 D
3.7.1 DIE EINZELSCHICHT (EIN PLY)
3.7.1.1 EBENER SPANNUNGSZUSTAND BEI ORTHOTROPEN WERKSTOFFEN, EIGENSYSTEM
( X , , X 2, X3)
3.7.1.2 MISCHUNGSREGELN FUER MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN D E R
EINZELSCHICHT (MIKROMECHANIK) 3.7.1.3 DREHUNG EINER EINZELSCHICHT
109
109 109
1 1 0
110
113
1 1 6
116
117
117
1 1 8
119
119
1 2 2
124
126
126
127
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130
130
131
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133
133
134
135
136
136
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141
143
145
145
145
149
150
IMAGE 4
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3.7.2 EIN SYMMETRISCHES LAMINAT 152
3.7.3 BERECHNUNG D E R GLOBALEN LAMINATSTEIFIGKEIT EINES SYMMETRISCHEN
LAMINATS 153
3.7.3.1 BERECHNUNG D E R EINZELSCHICHTDICKE T K 154
3.7.4 ABLEITUNG D E R BENOETIGTEN ANZAHL V O N VERSUCHEN 155
3.8 VERGLEICH EXPERIMENT UND VORHERSAGE MIT BEWERTUNG 156
3.8.1 FUNKTIONSWEISE DES SOFTWARETOOLS L A M I C E N S 156
3.8.2 BERECHNUNG NACH KLASSISCHER LAMINATTHEORIE ( C L T ) 157
3.8.2.1 MISCHUNGSREGELN 158
3.8.2.2 ZEHN SCHRITTE Z U R BERECHNUNG D E R SPANNUNGEN IN DEN
EINZELSCHICHTEN 161
3.8.2.2.1 1. SCHRITT: BESTIMMUNG D E R EINZELSCHICHT-STEIFIGKEITEN 162
3.8.2.2.2 2. SCHRITT: TRANSFORMATION D E R EINZELSCHICHT-STEIFIGKEITEN
163
3.8.2.2.3 3. SCHRITT: BERECHNUNG D E R LAMINATSTEIFIGKEITSMATRIX 164
3.8.2.2.4 4. SCHRITT: INVERTIEREN D E R LAMINATSTEIFIGKEITSMATRIX Z U R
-NACHGIEBIGKEITSMATRIX 164
3.8.2.2.5 5. SCHRITT: LAMINATVERZERRUNGEN 165
3.8.2.2.6 6. SCHRITT: BERECHNUNG D E R GESAMTVERZERRUNGEN DES LAMINATS
166
3.8.2.2.7 7. SCHRITT: BERECHNUNG D E R EINZELSCHICHTSPANNUNGEN 166
3.8.2.2.8 8. SCHRITT: S U M M E DER SPANNUNGSWIRKSAMEN VERZERRUNGEN 167
3.8.2.2.9 9. SCHRITT: RUECKTRANSFORMATION D E R SPANNUNGSFREIEN
VERZERRUNGEN IN DAS JEWEILIGE
EINZELSCHICHT-KOORDINATENSYSTEM 167
3.8.2.2.10 10. SCHRITT: BERECHNUNG D E R SPANNUNGEN IN D E N
EINZELSCHICHTEN 168
3.8.2.3 KORREKTURFAKTOREN 168
3.8.2.4 FESTIGKEITSKRITERIEN 168
3.8.3 EXPERIMENT VERSUS PROGNOSE G E M AE SS KLASSISCHER LAMINATTHEORIE
169
3.8.3.1 ELASTISCHE MATERIALKENNGROESSEN IN POLARDIAGRAMMEN AUFGETRAGEN 169
3.8.3.2 ELASTISCHE MATERIALKENNGROESSEN IN BALKENDIAGRAMMEN
GEGENUEBERGESTELLT 172
3.8.3.3 EINFLUSS DES FASERVOLUMENANTEILS A U F ELASTISCHE KENNGROESSEN AUS
EXPERIMENT U N D THEORIE 182
3.8.3.4 ABSCHLIESSENDE DISKUSSION 191
3.8.4 AUSBLICK 194
4 MECHANIK UND VIRTUELLE LABORE - NEUE LEHRMETHODEN FUER EINE
TRADITIONSREICHE WISSENSCHAFT 195
4.1 ZIELSETZUNG 196
4.2 BEGRIFTSDEFINITIONEN UND GRUNDLAGEN 197
4.2.1 VIRTUELLE LABORE 197
4.2.2 E-LEARNING UND ONLINE-LEHRE 199
4.2.3 D E R DIDAKTISCHE ANSATZ 2 0 0
4.3 E - M E C H L A B - VIRTUELLE LABORE FUER DIE INGENIEURAUSBILDUNG IM
BEREICH D E R MECHANIK 202
4.3.1 KONZEPT D E R GENERIERUNG VON ONLINE-LEHRMATERIALIEN 2 0 2
4.3.2 SYSTEMATISIERUNG UND NAVIGATION 2 0 3
4.3.3 SOFTWAREERGONOMIE D E R LERNUMGEBUNG 2 0 6
4.3.4 FARBPSYCHOLOGIE UND CORPORATE DESIGN 2 0 7
4.3.5 ANWENDERZENTRIERTES KONZEPT 2 0 8
4.3.6 ANWENDUNGSBEZOGENES KONZEPT 2 0 9
IMAGE 5
I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
4.4 VIRTUELLE LABORE FUER DIE GRUNDLAGEN DER TECHNISCHEN MECHANIK 2 0 9
4.4.1 UEBERSICHTSSCHAUBILDER 2 1 0
4.4.2 ONLINE-LERNBAUSTEINE FUER DIE MECHANIKLEHRE 212
4.4.2.1 ANSCHAULICHE BEISPIELE 212
4.4.2.2 INTERAKTIVE LERNANWENDUNGEN 214
4.4.2.3 EXPLORATIONEN - EXPERIMENTIERFAHIGE GRAFISCHE
KONSTRUKTIONSUMGEBUNGEN 222
4.4.2.4 KATALOGISIERUNG D E R INSTITUTSEIGENEN EXPERIMENTELLEN AUFBAUTEN
225
4.4.3 QUALITAETSSICHERUNG UND EVALUATIONSERGEBNISSE 227
4.5 VIRTUELLE LABORE FUER DIE MECHANIK D E R FASERVERBUNDKUNSTSTOFFE 2 2
8
4.5.1 ZIELSETZUNG UND ANSATZPUNKT D E R UMSETZUNG 228
4.5.2 MEHRWERT DES MEDIENEINSATZES 230
4.5.3 ZIELGRUPPE 231
4.5.3.1 MOTIVATION Z U M LERNEN 2 3 2
4.5.3.2 ZEIT Z U M LERNEN 2 3 2
4.5.3.3 COMPUTERZUGANG, MEDIENKOMPETENZ, EINSTELLUNG Z U M ONLINELERNEN
233
4.5.3.4 VORERFAHRUNG MIT D E M LERNSTOFF, E-LEARNING UND LERNPLATTFORMEN
233
4.5.4 DIDAKTISCHE UEBERLEGUNGEN 234
4.5.4.1 LERNZIELE 234
4.5.4.2 LERNINHALTE 235
4.5.4.2.1 AUSGANGSLAGE UND PROBLEMATIK 235
4.5.4.2.2 NEUKONZEPT D E R LEHRVERANSTALTUNG 235
4.5.4.2.3 VERZAHNUNGSPUNKTE VON VIRTUELLER LABORUMGEBUNG UND
PRAESENZVERANSTALTUNG 2 3 6
4.5.4.3 LEHRMETHODEN 2 3 7
4.5.4.4 SZENARIEN NETZBASIERTEN LERNENS 238
4.5.4.5 MEDIEN 240
4.5.5 PLANUNG D E R KONKRETEN UMSETZUNG 242
4.5.5.1 ZEITPLAN FUER DIE EINFUEHRUNG 242
4.5.5.2 ABLAUFPLAN D E R VERANSTALTUNG 242
4.5.5.3 TECHNISCHE AUSSTATTUNG UND ASPEKTE 244
4.5.5.4 EIGENART INGENIEURWISSENSCHAFTLICHER ONLINE-LEHRINHALTE -
FORMELN IM WEB 244
4.5.5.5 ZU ERWARTENDE SCHWIERIGKEITEN BEI D E R UMSETZUNG 246
4.5.6 UMSETZUNG - LERNEINHEITEN Z U R "MECHANIK D E R
FASERVERBUNDWERKSTOFFE" 247
4.5.6.1 STRUKTURENTWURF 247
4.5.6.2 VON D E R EINLEITUNG BIS Z U R GESTALTUNG MIT
FASER-KUNSTSTOFF-VERBUNDEN 249
4.5.6.3 GRUNDGEDANKEN Z U R KONZEPTION D E R LERNEINHEIT Z U R
BERECHNUNG V O N F V K 254
4.5.6.4 METHODISCHES VORGEHEN Z U R DEFINITION DER ARBEITSABLAEUFE UND
GEEIGNETEN DARSTELLUNG
DES HERSTELLPROZESSES V O N FASERVERBUNDKUNSTSTOFFEN IN
ONLINE-LEHREINHEITEN 261
4.6 ERGEBNISSE UND ABSCHLIESSENDE DISKUSSION DER FINALEN REALISIERUNG 263
4.7 A U S B L I C K 264
5 LITERATURVERZEICHNIS 265 |
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