Zur Gestaltung adhäsiver Laminatstirnverankerungen und Prozessanalyse zur Fertigung thermoplastischer Faserverbundrohre: Beiträge zur Weiterentwicklung modularer Druckbehälter nach der Darmstädter Bauweise
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Düren
Shaker Verlag
2023
|
| Schriftenreihe: | Schriftenreihe Leichtbau
5 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | xx, 228 Seiten Illustrationen 21 cm x 14.8 cm, 328 g |
| ISBN: | 9783844089622 3844089624 |
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| adam_text | Zur Gestaltung adhäsiver
Laminatstirnverankerungen und Prozessanalyse
zur Fertigung thermoplastischer
Faserverbundrohre
Beiträge zur Weiterentwicklung modularer Druckbehälter nach der
Darmstädter Bauweise
Vom Fachbereich Maschinenbau
an der Technischen Universität Darmstadt
zur
Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr -Ing )
genehmigte
Dissertation
vorgelegt von
Jens Martin Klein, M Sc
aus Witten
Erstgutachter: Prof Dr -Ing habil Christian Mittelstedt
Zweitgutachter: Prof Dr -Ing Helmut Schürmann
Drittgutachter: Prof Dr -Ing Matthias Oechsner
Tag der Einreichung: 26 04 2022
Tag der Prüfung: 06 07 2022
Darmstadt 2022
D17
Inhaltsverzeichnis
Vorwort v
Kurzfassung vü
Abstract ix
Symboiverzeichnis xix
1 Thematische Einordnung 1
2 Einführung zur Laminatstirnverankerung 5
2 1 Potenzial adhasiver Laminatstirnverankerungen - 2 000% 6
2 2 Verankerungen als Krafteinleitung im Bauingenieurwesen 9
221 Betonbau 2222 ceumereree rennen nnn 10
222 Holzbau : 2 222 Nomen ee een nennen ne 11
2 3 Einflussfaktoren adhasiver Laminatstirnverankerungen - 13
2 4 Konstruktive Vorüberlegungen für den Leichtbau +-+-- 15
2 5 Schlussfolgerungen, Zielsetzung und Methodik sr 2020: 21
3 Numerische Betrachtung des grundlegenden mechanischen Tragverhaltens 25
3 1 Modellierung der Laminatstirnverankerung 0 0 00 e eee 26
311 Grundlegender Modellaufbau 2 ee ee eee 26
312 Detailbetrachtung des Simulationsmodells 29
3 2 Spannungsanalyse der Klebschicht © ce ees 32
321 Charakterisierung des Spannungszustands -- 33
322 Einfluss der Werkstoffeigenschaften 261 002500 eee 37
323 Einfluss der Geometriegrößen © 1 cee ee ee ees 40
324 Einfluss des Ankerdurchmessers und der Mehrfachverankerung 49
325 Diskussion und Schlussfolgerungen zur Klebschichtspannung 54
3 3 Analyse der Laminatbeanspruchung 1 0 eee eee es 56
331 Charakterisierung der Laminatanstrengung - +-- 56
332 Einfluss der Adhdsiv-Werkstoffeigenschaften 4- 59
333 Einfluss der Laminatsteifigkeit und der Geometriegrößen 60
334 Einfluss des Ankerdurchmessers und der Mehrfachverankerung 69
335 Diskussion und Schlussfolgerungen zur Laminatanstrengung 76
xi
4 Versuchsaufbau und Untersuchung zum Fertigungseinfluss von Klebschicht
und Bohrung 79
4 1 Versuchsaufbau, -durchführung und -auswertung --2 eee 79
4 2 Betrachtung von Fertigungseinflüssen 2 ee ee ee 82
421 Einfluss des Verklebeprozesses auf die Klebschichtqualität und das
Kohadsivversagen 2 0 enener 82
422 Einfluss des Bohrungsprozesses auf die Geometrie, die Oberfläche
und das Versagensverhalten der Klebschicht + 89
423 Schlussfolgerungen zur Probekörperherstellung + « 94
5 Einfluss von Adhäsivtyp, Klebschichtdicke und Ankerart 97
5 1 Versuchsplanung :- 222m eeeeeenneeenen nenn 98
5 2 Versuchsergebnisse 0 0 nenn 101
5 3 Zusammenfassung, Diskussion und Schlussfolgerungen -+--- 105
6 Experimentelle Untersuchung von Tragfähigkeit und Versagensverhalten 107
6 1 Versuchsplanung 2 6 107
6 2 Versuchsergebnisse: Versagenmodi und Tragfähigkeit der Verankerung 111
621 Analyse des Schadigungsverhaltens 1 2-2-2 ees 112
622 Analyse der Tragfahigkeit von Klebschicht und Laminat - 115
623 Diskussion von Versagensverhalten und Tragfahigkeit - 122
6 3 Validierung der numerischen Ergebnisse 2 2-2 ee ees 123
631 Belastbarkeit der Klebschicht 2 0 62 000 eee 123
632 Anstrengung und Deformation des Laminats 6 0-55 124
633 Diskussion zum Vergleich von Simulation und Experiment 129
6 4 Referenzversuche mit T-Bolzenverbindungen rer 130
641 Versuchsplanung 2er ner eenerenen en 130
642 Tragverhalten und Vergleich der Tragfähigkeit - + ++ 130
6 5 Schlussfolgerungen zur Tragfähigkeit von adhäsiven Laminatstirnveranke-
TUNZEN oe rennen ernennen 133
7 Einfluss der Ankerstrukturierung auf das Tragverhalten 137
7 1 Stand der Technik und der Forschung adhäsiver Verbindungen mit Makro-
strukturierung der Oberfläche 222er oreeenneen nenne 138
7 2 Versuchsplanung 2 22 ve ceeraneserenesere nenne 139
721 Voruntersuchung ee es 141
722 Versuchsplan 6 ee ee tes 145
7 3 Versuchsergebnisse - 2222220 neeneeeren nenne nen 147
731 Untersuchung zur Klebschicht 22-20 eerennen 147
732 Untersuchung zum Laminatversagen --- 02 ee ee 149
7 4 Diskussion und Schlussfolgerungen der Untersuchung ---: 151
xii
Inhaltsverzeichnis
8 Zusammenfassende Konstruktionshinweise
8 1 Laminat- und Verankerungsparameter: Dimensionierung
8 2 Gestaltung von Klebschicht und Anker 2 0 00 ee eee ee ee ee
8 3 Berücksichtigung des Vorspannkraftverlusts 2 2 eee ee eee
8 4 Fertigungsbedingungen 22 ee ee ee
9 Herstellung thermoplastischer, endlosfaserverstärkter Rohre im Schleuderver-
fahren
9 1 Einführung 2 2 onen een ennen
911 Stand der Technik des Schleuderverfahrens 2 0 0:
912 Zielsetzung Co rom eeneerere er eee
9 2 Durchführung von Fertigungsversuchen 2222er eenenn
921 Infrastruktur und Prozessablauf des Schleuderverfahrens - -
922 Analyse der Laminatqualität anhand von Schliffbildern - -
923 Versuchsplanung 2 22er ereeneneeeenenen
9 3 Analyse der Laminatqualität ee ces eeneereeenenen
931 Von Prozessparametern unabhängige Betrachtung - -
932 Einfluss der Prozessparameter 1 ee ee ee ee ee
933 Hinweise zur Herstellung von FKV-Rohren im Schleuderprozess
934 Diskussion der Ergebnisse 22er ee es
9 4 Machbarkeitsstudie zur Fertigung faserverstärkter Rohre mittels in-situ-
Polymerisation © ee ee ee ee eee
941 Grundlagen der in-situ-Polymerisation 2-00:
942 Infrastruktur und Herstellungsprozess 2 220 enen
943 Ergebnisse und Diskussion der Fertigungsversuche
9 5 Schlussfolgerungen zur Herstellung endlosfaserverstarkter Zylinder mit ther-
moplastischer Matrix ee eee
10 Zusammenfassung, Schiussfolgerungen und Ausblick
Literatur
A Werkstoffkennwerte
A l Glasfaserverstärktes Laminat - - 202 c0eeee ernennen
A 2 Adhäsiv Hilti HITRE500V3 22 220 ener ernennen
B Simulationsergebnisse
C Versuchsergebnisse
C 1 Versagenslasten 2 2 Cu ec see erereree rennen ne
C 2 Voraussetzungen der statistischen Auswertung «screen
C21 Tests auf Normalverteilung 22 22 r rer
C22 Tests auf Gleichheit der Varianzen x ce ereerenne
Inhaltsverzeichnis
xiii
C 3 Statistische Auswertung der Versuchspläne 2222220000 217
C31 Einfluss der Verankerungslange 0200005 217
C32 Wechselwirkung der Breite und Dicke des Laminats 218
c33 Auswirkung der Laminateinspannung 222 200 219
C34 Wechselwirkung von Laminataufbau und Breite 220
C35 Auswirkung des Ankerdurchmessers 000005 221
C 4 Untersuchung der Ankerstrukturierung -22 ee ee 223
C41 Voruntersuchung 2 2 ee et 223
C42 Untersuchung zur Klebschicht 2 0 ee ee ee 225
c43 Untersuchung zum Laminatversagen 222-202 226
D Versuchsergebnisse des Schleuderverfahrens 227
xiv Inhaltsverzeichnis
|
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Zur Gestaltung adhäsiver
Laminatstirnverankerungen und Prozessanalyse
zur Fertigung thermoplastischer
Faserverbundrohre
Beiträge zur Weiterentwicklung modularer Druckbehälter nach der
Darmstädter Bauweise
Vom Fachbereich Maschinenbau
an der Technischen Universität Darmstadt
zur
Erlangung des Grades eines Doktor-Ingenieurs (Dr -Ing )
genehmigte
Dissertation
vorgelegt von
Jens Martin Klein, M Sc
aus Witten
Erstgutachter: Prof Dr -Ing habil Christian Mittelstedt
Zweitgutachter: Prof Dr -Ing Helmut Schürmann
Drittgutachter: Prof Dr -Ing Matthias Oechsner
Tag der Einreichung: 26 04 2022
Tag der Prüfung: 06 07 2022
Darmstadt 2022
D17
Inhaltsverzeichnis
Vorwort v
Kurzfassung vü
Abstract ix
Symboiverzeichnis xix
1 Thematische Einordnung 1
2 Einführung zur Laminatstirnverankerung 5
2 1 Potenzial adhasiver Laminatstirnverankerungen - 2 000% 6
2 2 Verankerungen als Krafteinleitung im Bauingenieurwesen 9
221 Betonbau 2222 ceumereree rennen nnn 10
222 Holzbau : 2 222 Nomen ee een nennen ne 11
2 3 Einflussfaktoren adhasiver Laminatstirnverankerungen - 13
2 4 Konstruktive Vorüberlegungen für den Leichtbau +-+-- 15
2 5 Schlussfolgerungen, Zielsetzung und Methodik sr 2020: 21
3 Numerische Betrachtung des grundlegenden mechanischen Tragverhaltens 25
3 1 Modellierung der Laminatstirnverankerung 0 0 00 e eee 26
311 Grundlegender Modellaufbau 2 ee ee eee 26
312 Detailbetrachtung des Simulationsmodells 29
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321 Charakterisierung des Spannungszustands -- 33
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324 Einfluss des Ankerdurchmessers und der Mehrfachverankerung 49
325 Diskussion und Schlussfolgerungen zur Klebschichtspannung 54
3 3 Analyse der Laminatbeanspruchung 1 0 eee eee es 56
331 Charakterisierung der Laminatanstrengung - +-- 56
332 Einfluss der Adhdsiv-Werkstoffeigenschaften 4- 59
333 Einfluss der Laminatsteifigkeit und der Geometriegrößen 60
334 Einfluss des Ankerdurchmessers und der Mehrfachverankerung 69
335 Diskussion und Schlussfolgerungen zur Laminatanstrengung 76
xi
4 Versuchsaufbau und Untersuchung zum Fertigungseinfluss von Klebschicht
und Bohrung 79
4 1 Versuchsaufbau, -durchführung und -auswertung --2 eee 79
4 2 Betrachtung von Fertigungseinflüssen 2 ee ee ee 82
421 Einfluss des Verklebeprozesses auf die Klebschichtqualität und das
Kohadsivversagen 2 0 enener 82
422 Einfluss des Bohrungsprozesses auf die Geometrie, die Oberfläche
und das Versagensverhalten der Klebschicht + 89
423 Schlussfolgerungen zur Probekörperherstellung + « 94
5 Einfluss von Adhäsivtyp, Klebschichtdicke und Ankerart 97
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6 1 Versuchsplanung 2 6 107
6 2 Versuchsergebnisse: Versagenmodi und Tragfähigkeit der Verankerung 111
621 Analyse des Schadigungsverhaltens 1 2-2-2 ees 112
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632 Anstrengung und Deformation des Laminats 6 0-55 124
633 Diskussion zum Vergleich von Simulation und Experiment 129
6 4 Referenzversuche mit T-Bolzenverbindungen rer 130
641 Versuchsplanung 2er ner eenerenen en 130
642 Tragverhalten und Vergleich der Tragfähigkeit - + ++ 130
6 5 Schlussfolgerungen zur Tragfähigkeit von adhäsiven Laminatstirnveranke-
TUNZEN oe rennen ernennen 133
7 Einfluss der Ankerstrukturierung auf das Tragverhalten 137
7 1 Stand der Technik und der Forschung adhäsiver Verbindungen mit Makro-
strukturierung der Oberfläche 222er oreeenneen nenne 138
7 2 Versuchsplanung 2 22 ve ceeraneserenesere nenne 139
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731 Untersuchung zur Klebschicht 22-20 eerennen 147
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7 4 Diskussion und Schlussfolgerungen der Untersuchung ---: 151
xii
Inhaltsverzeichnis
8 Zusammenfassende Konstruktionshinweise
8 1 Laminat- und Verankerungsparameter: Dimensionierung
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932 Einfluss der Prozessparameter 1 ee ee ee ee ee
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934 Diskussion der Ergebnisse 22er ee es
9 4 Machbarkeitsstudie zur Fertigung faserverstärkter Rohre mittels in-situ-
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941 Grundlagen der in-situ-Polymerisation 2-00:
942 Infrastruktur und Herstellungsprozess 2 220 enen
943 Ergebnisse und Diskussion der Fertigungsversuche
9 5 Schlussfolgerungen zur Herstellung endlosfaserverstarkter Zylinder mit ther-
moplastischer Matrix ee eee
10 Zusammenfassung, Schiussfolgerungen und Ausblick
Literatur
A Werkstoffkennwerte
A l Glasfaserverstärktes Laminat - - 202 c0eeee ernennen
A 2 Adhäsiv Hilti HITRE500V3 22 220 ener ernennen
B Simulationsergebnisse
C Versuchsergebnisse
C 1 Versagenslasten 2 2 Cu ec see erereree rennen ne
C 2 Voraussetzungen der statistischen Auswertung «screen
C21 Tests auf Normalverteilung 22 22 r rer
C22 Tests auf Gleichheit der Varianzen x ce ereerenne
Inhaltsverzeichnis
xiii
C 3 Statistische Auswertung der Versuchspläne 2222220000 217
C31 Einfluss der Verankerungslange 0200005 217
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Inhaltsverzeichnis