TY - THES A1 - Basan, Ricardo T1 - Untersuchung der intralaminaren Schubeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen mit Epoxidharzmatrix unter Berücksichtigung nichtlinearer Effekte N2 - Faserverbundwerkstoffe besitzen anisotrope Materialeigenschaften. Die Anzahl der elastischen Größen und Festigkeiten zur Beschreibung des mechanischen Verhaltens ist dadurch größer als zum Beispiel bei isotropen Werkstoffen. Die Festigkeiten und die Steifigkeiten in den verschiedenen Laminatrichtungen unterscheiden sich darüber hinaus um bis zu zwei Größenordnungen. Abhängig von der Belastungsart versagen Faserverbundwerkstoffe spröde oder duktil. Der Entwicklung geeigneter Untersuchungsmethoden zur Bestimmung der Werkstoffeigenschaften in den verschiedenen Richtungen kommt daher eine grundlegende Rolle zu. Insbesondere die Bestimmung der intralaminaren Schubeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen ist aufgrund des ausgeprägten nichtlinearen Last-Verformungs-Verhaltens schwierig und mit den bestehenden Auswerteroutinen genormter Prüfverfahren teilweise fehlerbehaftet. Im Rahmen dieser Arbeit erfolgt die Analyse der Schubeigenschaften in der Laminatebene durch eine neu entwickelte Schubvorrichtung, die eine qualitativ hochwertige Bestimmung der Werkstoffeigenschaften ermöglicht. Für die Probekörper dieser Schubvorrichtung wird auf der Grundlage von Messergebnissen ein lastabhängiges Modell der Schubspannungsverteilung entwickelt, das die Materialnichtlinearität berücksichtigt und bei der Analyse der Versuchsergebnisse zur Anwendung kommt. In vergleichenden Untersuchungen der Interaktion benachbarter Schichten an glas- und kohlenstofffaserverstärkten Laminaten mit ein- und zweiachsiger Orientierung kann gezeigt werden, dass bei identischem Schubspannungszustand in den Einzelschichten bis zu 60% größere Schubfestigkeiten der zweiachsig verstärkten Verbunde vorliegen. Die orthogonal verstärkten Laminate sind schadenstoleranter, da sich Zwischenfaserbruche nicht ungehindert ausbreiten können, sondern an den um 90° gedrehten Fasern gestoppt werden. In Laminaten mit unidirektionaler Faserausrichtung führt dagegen der erste Riss unmittelbar zum Trennbruch. Die Verifizierung dieser Beobachtung erfolgt mittels des Verfahrens der Röntgenrefraktions- topographie. In Schubzugversuchen erfolgt die Korrelation der mechanischen Belastungssituation mit der mikrostrukturellen Analyse der inneren Schädigungsentwicklung des Werkstoffs. An zweiachsig verstärkten Kohlenstofffaserlaminaten unter Zwischenfaserbruchbeanspruchung kann gezeigt werden, dass die Degradation der intralaminaren Schubsteifigkeit mit der Zunahme an inneren Oberflachen als Maß für die Zwischenfaserbruchdichte einhergeht. Einachsig verstärkte Verbunde versagen dagegen relativ spröde bereits durch den ersten Zwischenfaserbruch und damit ohne Zunahme der Mikrorissdichte. Die Zusammenfassung der Erkenntnisse spiegelt sich in der Verbesserung des Auswerteverfahrens des in DIN EN ISO 14129 genormten Schubzugversuchs wider. Unter Berücksichtigung der Nichtlinearitat des Schubmoduls und der Faserrotation infolge der großen Verformungen während des Schubzugversuchs erfolgt in einem Iterationsprozess die stuckweise Anwendung der Klassischen Laminattheorie zur Bestimmung der Einzelschichtspannungen. Die Bewertung der Ergebnisse des Schubzugversuchs mit diesem Analyseverfahren hinsichtlich der Belastungsgrenzen resultiert in einer guten Übereinstimmung mit dem Festigkeitsmodell nach Puck. Die Berücksichtigung nichtlinearer Effekte führt zu einer höheren Genauigkeit bei der Bestimmung der intralaminaren Schubfestigkeit mittels des in der industriellen Anwendung weit verbreiteten Normversuchs. T3 - BAM Dissertationsreihe - 74 KW - Zwischenfaserbruch KW - interfibre failure KW - nonlinearity KW - test methods KW - in-plane shear KW - composite materials KW - Faserverbundwerkstoffe KW - intrlaminare Schubeigenschaften KW - Prüfverfahren KW - Nichtlinearität PY - 2011 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:b43-848 SN - 978-3-9814281-3-1 SN - 1613-4249 VL - 74 SP - 1 EP - 170 PB - Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) CY - Berlin AN - OPUS4-84 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Basan, Ricardo A1 - Grasse, Fabian A1 - Trappe, Volker T1 - Bestimmung der Schubfestigkeit von Faserverbundwerkstoffen - Möglichkeiten und Grenzen eines Schubrahmens T2 - Symposium für Segelflugzeuge, Wasserkuppe (Rhön) CY - Fulda, Germany DA - 2008-11-20 PY - 2008 AN - OPUS4-18134 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Basan, Ricardo A1 - Trappe, Volker A1 - Grasse, Fabian T1 - Bestimmung der Schubeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen mittels eines Schubrahmens T2 - Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2009 CY - Aachen, Germany DA - 2009-09-08 PY - 2009 AN - OPUS4-20158 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Basan, Ricardo A1 - Trappe, Volker A1 - Grasse, Fabian T1 - Bestimmung der Schubeigenschaften von Faserverbundwerkstoffen mittels eines Schubrahmens T2 - Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2009 CY - Aachen, Deutschland DA - 2009-09-08 KW - Faserverbundwerkstoffe KW - Schubrahmen KW - Schubeigenschaften PY - 2009 SN - 1868-8764 IS - DocumentID: 121274 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-20464 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marotzke, Christian A1 - Basan, Ricardo T1 - Fracture toughness of fiber reinforced composites under transverse loading N2 - The debonding of a fiber in a glass fiber / epoxy composite under transverse loading is analysed. The stress field in the interface as well as the energy release rate are analysed for various fiber volume fractions between 5% and 85%. The circumferential propagation of an interface crack in a hexagonal fiber array is studied. The analysis is performed by a finite element simulation under plane stress conditions. The stress distribution during crack propagation is calculated for different crack phases. The crack starts under dominating mode I stresses. After propagating some 60° the mode II part reaches a maximum while the mode I part vanishes and the crack closes. The further crack propagation is driven by mode II stresses only. In addition, the stress transfer into the neighbouring fibers during debonding is studied. T2 - SAMPE Europe 33rd International conference SEICO 12 CY - Paris, France DA - 2012-03-26 KW - Composites KW - Fracture toughness KW - Interface PY - 2012 SN - 978-3-9523565-5-5 IS - Session 5B / Paper 13 SP - 309 EP - 314 AN - OPUS4-26070 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Basan, Ricardo A1 - Trappe, Volker A1 - Möhle, E. T1 - Tragflügel neuer Technologie für die allgemeine Luftfahrt - Gemeinschaftsvortrag über das Forschungsvorhaben SIF 765 T2 - 33. Symposium für Segelflugzeugentwicklung CY - Darmstadt, Germany DA - 2009-11-19 PY - 2009 AN - OPUS4-20373 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Marotzke, Christian A1 - Basan, Ricardo T1 - Micromecanics based failure analysis of laminates under off-axis loading N2 - The debonding of a fiber in a glass fiber / epoxy composite under transverse loading is studied. The stress field in the interface as well as the energy release rate are analysed for two fiber volume fractions. The circumferential propagation of an Interface crack starting at the center of a fiber which is located within a hexagonal fiber array is studied. The analysis is performed by a finite element Simulation under plane stress conditions. Two fiber volume fractions are considered, this is 30% and 70%. The stress distribution before and during crack propagation is calculated for different stages of the crack. The crack opens by dominating tensile stresses in the first phase while it closes when propagating along the interface. The total energy release rate as well as the mode I and mode II parts are calculated. In the first phase the crack is driven by an increasing mode I energy release rate, indicating an unstable crack propagation. Then the mode II energy release rate increases rapidly and dominates the debonding process while the mode I part decreases and finally vanishes. Subsequently also the mode II part decreases, indicating stable crack propagation. In the last phase the crack becomes unstable again due to a strongly increasing mode I energy release rate. During the debonding process a remarkable change the mode ratio takes place. The main features of the debonding process are similar for low and high fiber volume fraction. In case of the high fiber content, however, the mode I part is more pronounced and the maximum of the total energy release rate is shifted to lower crack angles. T2 - ICCM 18 - 18th International conference on composite materials CY - Jeju Island, Korea DA - 21.08.2011 KW - Composite Materials KW - Interface Crack KW - Failure Analysis KW - Adhesion PY - 2011 IS - T35-3-IF2032 SP - 1 EP - 6 AN - OPUS4-24252 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Basan, Ricardo A1 - Grasse, Fabian ED - Paris, Federico T1 - Stiffness and fracture of shear loaded laminates with unidirectional and biaxial fibre orientation investigated with a picture frame test N2 - Fibre Reinforced Plastics (e.g. CFRP, GFRP) characteristically show nonlinear stress-strain behaviour due to intralaminar shear loading. The determination of the in-plane shear stiffness and strength for this class of material is difficult and common test standards and methods of analysis are partially inaccurate. The identification of the in-plane shear properties was made with an especial designed “picture frame test device” which enables shear loading up to 950N/mm. Therefore the strength limit can be reached at specimens with adequate thickness and a high safety factor against buckling. Due to the chosen design the maximum of the shear loading and the final failure occur in the centre of the specimen. The experiments match with the numerical analysis. T2 - ECCM16 - 16TH EUROPEAN CONFERENCE ON COMPOSITE MATERIALS CY - Seville, Spain DA - 22.06.2014 KW - Picture frame test KW - Fibre reinforced plastics (FRP) KW - Shear strength and stiffness KW - In-situ effect PY - 2014 SN - 978-84-616-9798-4 VL - 2014 SP - ID0263 - 1 EP - 8 PB - ECCM CY - Sevilla AN - OPUS4-37617 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Basan, Ricardo T1 - Fatigue life evaluation of spar cap materials by four point bending test on width-tapered specimensa N2 - The presented research project focuses on an effective method to evaluate the fatigue strength of thick unidirectional laminates to be applied in spar caps. Therefore, a width-tapered bending specimen was developed for a four point loading set up. Static and fatigue loading was performed with the load ratio of R=-1. The complex stress state was investigated numerically with a finite element analysis. Finally, the concept was proven experimentally on specimens made of pultruded fibre rods. The fatigue behaviour of continuous tapered width by water jet cutting was compared to discrete tapering by rod-drop. T2 - 20th International Conference on Composite Materials CY - Copenhagen, Denmark DA - 19.07.2015 KW - Fatigue KW - Pultruded fibre rods KW - CFRP KW - Four point bending test KW - Spar cap design PY - 2015 UR - http://iccm20.org/fullpapers/file?f=WM39KAy5ME VL - 2015 SP - Paper 150701-2549 PB - ICCM20 CY - Copenhagen AN - OPUS4-38783 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -