Kohlenstofffasern als piezoresistiver Sensor zur Dehnungsmessung und Rissdetektion bei Faserverbundwerkstoffen:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2014
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| Ausgabe: | Als Ms. gedr. |
| Schriftenreihe: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 5, Grund- und Werkstoffe, Kunststoffe ; 753 |
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR VII
ABKUERZUNGEN X
KURZFASSUNG XI
ABSTRACT XII
1 EINLEITUNG 1
1.1 PROBLEMBESCHREIBUNG 1
1.2 STAND DER TECHNIK 1
1.3 ZIEL UND KONZEPTION DER ARBEIT 4
2 GRUNDLAGEN 7
2.1 EIGENSCHAFTEN DER KOHLENSTOFFFASER 7
2.1.1 HERSTELLUNG 7
2.1.2 ATOM- UND GITTERSTRUKTUR 10
2.1.3 MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN 12
2.1.4 ELEKTRISCHE EIGENSCHAFTEN 13
2.1.4.1 ELEKTRISCHE LEITFAEHIGKEIT 13
2.1.4.2 PIEZORESISTIVITAET 15
2.2 FASERVERBUNDWERKSTOFFE 18
2.2.1 WERKSTOFFGESETZ 18
2.2.2 SCHADEN UND SCHAEDIGUNG 22
2.2.3 BRUCHMECHANIK 24
3 MESSUNGEN MITTELS KOHLENSTOFFFASERN 28
3.1 KOHLENSTOFFFASER ALS SENSORELEMENT 28
3.1.1 DEHNUNGSEMPFINDLICHKEIT 28
3.1.2 INTEGRALE DEHNUNGSMESSUNG 30
3.1.3 FILAMENTBRUCH DES FASERSENSORS 32
3.2 PROBEKOERPER 34
3.2.1 DEFINITION UND DIMENSIONIERUNG 34
3.2.2 HERSTELLUNG 36
3.3 VERSUCHSAUFBAU 40
3.3.1 PRUEFVORRICHTUNGEN 40
3.3.2 DEHNUNGSMESSUNG 40
3.3.3 AKUSTISCHE SCHALLEMISSIONEN 41
IV
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INHALTSVERZEICHNIS
3.4 VERSUCHSREIHEN 42
3.4.1 A - PIEZORESISTIVITAET 42
3.4.1.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG 43
3.4.1.2 DEHNUNGS- UND WIDERSTANDSMESSUNG 44
3.4.2 B - EINZELRISS 48
3.4.2.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG 48
3.4.2.2 DEHNUNGS- UND WIDERSTANDSMESSUNG 50
3.4.2.3 MIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNG 53
3.4.3 C - INNENLIEGENDE ZWISCHENFASERBRUECHE 55
3.4.3.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG 56
3.4.3.2 SCHALLEMISSIONSANALYSE 58
3.4.3.3 DEHNUNGS- UND WIDERSTANDSMESSUNG 61
3.4.3.4 MIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNG 63
3.4.4 D - AUSSENHEGENDE ZWISCHENFASERBRUECHE 64
3.4.4.1 VERSUCHSBESCHREIBUNG 65
3.4.4.2 DEHNUNGS- UND WIDERSTANDSMESSUNG 66
3.4.4.3 MIKROSKOPISCHE UNTERSUCHUNG 68
4 SIMULATION VON LAMINATEN MIT ZWISCHENFASERBRUECHEN 72
4.1 ANALYTISCHER ANSATZ NACH DER SHEAR-LAG-THEORIE 72
4.1.1 SPANNUNGS- UND DEHNUNGSANALYSE 74
4.1.2 STEIFIGKEITSREDUZIERUNG 80
4.2 BRUCHMECHANISCHE ANSAETZE 81
4.3 NUMERISCHE UNTERSUCHUNG 86
4.3.1 ZWISCHENFASERBRUCH IN 2D-FE-MODELLEN 86
4.3.1.1 FE-MODELL 86
4.3.1.2 SPANNUNGS- UND DEHNUNGSANALYSE 89
4.3.1.3 STEIFIGKEITSREDUZIERUNG 92
4.3.2 APPROXIMATIONSFUNKTION FUER DIE FE-SIMULATION 93
5 VERGLEICH UND DISKUSSION DER ERGEBNISSE 96
5.1 EINZELRISS 96
5.2 ZWISCHENFASERBRUECHE 99
5.2.1 INNENLIEGENDE ZWISCHENFASERBRUECHE 99
5.2.2 AUSSENLIEGENDE ZWISCHENFASERBRUECHE 101
5.3 ZUSAMMENFASSUNG DER TEILERGEBNISSE 104
6 ANWENDUNG BEI HOCHDRUCKTANKS AUS FASERKUNSTSTOFFVERBUND 106
6.1 ALLGEMEINES ZU DRUCKTANKS 106
V
INHALTSVERZEICHNIS
6.2 GEEIGNETE SENSORKONFIGURATIONEN 110
6.2.1 KONZEPT FUER TANK TYP 2 110
6.2.2 KONZEPT FUER TANK TYP 3 111
6.2.3 EINBETTUNG UND APPLIKATION DER SENSOREN 114
6.3 TEST VON TANKS 115
6.3.1 VORUNTERSUCHUNGEN 115
6.3.2 VERSUCHSAUFBAU 122
6.3.3 VERSUCHSREIHEN 124
6.3.3.1 E - DEHNUNGSMESSUNG 125
6.3.3.2 F - RISSDETEKTION 129
6.4 RISSPATCH - ENTKOPPELTER CFS-SENSORTRAEGER MIT RISSDETEKTION 136
7 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 141
LITERATURVERZEICHNIS 144
VI
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