TY - GEN A1 - Trappe, Volker A1 - Günzel, Stephan A1 - Jaunich, Matthias ED - Yao, W. ED - Renard, J. ED - Himmel, N.A. T1 - Correlation between crack propagation rate and cure process of epoxy resins KW - Fracture toughness KW - Crack resistance KW - Fracture mechanics KW - Plastics KW - Crack propagation PY - 2012 SN - 978-1-60595-091-4 SP - 277 EP - 290 PB - DEStech Publications, Inc. CY - Lancaster, PA, USA AN - OPUS4-27947 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Schartel, Bernhard A1 - Humphrey, J.K. A1 - Gibson, A.G. A1 - Hörold, Andreas A1 - Trappe, Volker A1 - Gettwert, V. T1 - Assessing the structural integrity of carbon-fibre sandwich panels in fire: Bench-scale approach N2 - The fire resistance of lightweight sandwich panels (SW) with carbon fibre/epoxy skins and a poly(methacryl imide) (PMI) foam core is investigated in compression under direct application of a severe flame (heat flux=200 kW m−2). A bench-scale test procedure was used, with the sample held vertically. The epoxy decomposition temperature was quickly exceeded, with rapid flash-over and progressive core softening and decomposition. There is a change in failure mode depending on whether the load is greater or less than 50% of the unexposed failure load, or in other words if one or two skins carry the load. At high loads, failure involved both skins with a single clear linear separation across each face. There is an inflection in the failure time relationship in the ∼50% load region, corresponding to the time taken for heat to be transmitted to the rear face, along with a change in the rear skin failure mode from separation to the formation of a plastic hinge. The integrity of the carbon front face, even with the resin burnt out, and the low thermal diffusivity of the core, both play key roles in prolonging rear face integrity, something to be borne in mind for future panel design. Intumescent coatings prolong the period before failure occurs. The ratio of times to failure with and without protection is proposed as a measure of their effectiveness. Apart from insulation properties, their adhesion and stability under severe fire impact play a key role. KW - Carbon fibres KW - Sandwich KW - Structural composites KW - Fracture KW - High-temperature properties KW - Surface treatments PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2018.11.077 SN - 1359-8368 VL - 164 SP - 82 EP - 89 PB - Elsevier AN - OPUS4-46908 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Munzke, Dorit A1 - Kraus, David A1 - Eisermann, René A1 - Kübler, Stefan A1 - Schukar, Marcus A1 - Nagel, Lukas A1 - Hickmann, Stefan A1 - Trappe, Volker T1 - Distributed fiber-optic strain sensing with millimeter spatial resolution for the structural health monitoring of multiaxial loaded GFRP tube specimens N2 - Due to their high strength-to-weight ratio and excellent fatigue resistance, glass fiber reinforced polymers (GFRP) are used as a construction material in a variety of applications including composite high-pressure gas storage vessels. Thus, an early damage detection of the composite material is of great importance. Material degradation can be determined via measuring the distributed strain profile of the GFRP structures. In this article, swept wavelength interferometry based distributed strain sensing (DSS) was applied for structural health monitoring of internal pressure loaded GFRP tube specimens. Measured strain profiles were compared to theoretical calculation considering Classical Lamination Theory. Reliable strain measurements with millimeter resolution were executed even at elongations of up to 3% in the radial direction caused by high internal pressure load. Material fatigue was localized by damaged-induced strain changes during operation, and detected already at 40% of burst pressure. KW - GFRP KW - Swept wavelength interferometry KW - Distributed fiber optic sensing KW - Material degradation KW - Structural health monitoring PY - 2019 DO - https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2019.106085 SN - 0142-9418 VL - 80 SP - 106085 PB - Elsevier Ltd. AN - OPUS4-48950 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Kupsch, Andreas A1 - Trappe, Volker A1 - Müller, Bernd R. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Evolution of CFRP stress cracks observed by in situ X-ray refractive imaging N2 - Modern air-liners and wind turbine rotor blades are made up primarily of fiber reinforced plastics. Failure of these materials heavily impairs the serviceability and the operational safety. Consequently, knowledge of the failure behavior under static and cyclic loads is of great interest to estimate the operational strength and to compare the performance of different materials. Ideally, the damage evolution under operational load is determined with in situ non-destructive testing techniques. Here, we report in-situ synchrotron X-ray imaging of tensile stress induced cracks in carbon fiber reinforced plastics due to inter-fiber failure. An inhouse designed compact tensile testing machine with a load range up to 15 kN was integrated into the beamline. Since conventional radiographs do not reveal sufficient contrast to distinguish cracks due to inter-fiber failure and micro cracking from fiber bundles, the Diffraction Enhanced Imaging (DEI) technique is applied in order to separate primary and scattered (refracted) radiation by means of an analyzer crystal. This technique allows fast measurements over large fields-of-view and is ideal for in-situ investigations. Imaging and the tensile test are run at the highest possible frame rate (0.7 s-1 ) and the lowest possible strain rate (5.5∙10-4 s -1 ). For 0°/90° non-crimp fabrics, the first inter-fiber cracks occur at 380 MPa (strain 0.8 %). Prior to failure at about 760 MPa (strain 2.0 %), we observe the evolution of nearly equidistant (1 mm distance) cracks running across the entire sample in the fully damaged state. KW - X-ray refraction KW - Diffraction Enhanced Imaging KW - Carbon Fiber Reinforced Plastics KW - In situ tensile test KW - Crack evolution PY - 2020 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-515060 DO - https://doi.org/10.1088/1757-899X/942/1/012035 SN - 1757-8981 SN - 1757-899X VL - 942 SP - 012035-1 EP - 012035-9 PB - IOP publishing CY - Bristol, UK AN - OPUS4-51506 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kupsch, Andreas A1 - Trappe, Volker A1 - Müller, Bernd R. A1 - Bruno, Giovanni T1 - Rissentwicklung in CFK-Laminaten nachgewiesen durch in situ Röntgen-Refraktion N2 - In Leichtbauanwendungen sind Materialien mit geringen Dichten und hohen Festigkeiten gefragt. Insbesondere Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) erfüllen diese Anforderungen und werden zunehmend für Strukturbauteile eingesetzt. Die Oberflächen moderner Rotorblätter von Windkraftanlagen werden aus FKV gefertigt. Das Versagen dieser Materialien hat massiven Einfluss auf die Einsatzfähigkeit der gesamten Windkraftanlage. Daher ist die Kenntnis des Versagensverhaltens dieser Komponenten unter statischer und zyklischer Belastung von großem Interesse, um die Betriebsbeanspruchung abzuschätzen. Im Idealfall wird die Schadensentwicklung unter Betriebslast mit zerstörungsfreien in-situ-Prüfverfahren ermittelt. Hier berichten wir über die Beobachtung der Rissentwicklung in Carbon-Faserverstärkten Kunststoffen (CFK) unter kontinuierlicher Zugbelastung durch in-situ Synchrotron-Röntgenrefraktionsradiographie. Eine selbst entwickelte elektromechanische Zugprüfmaschine mit einem Kraftbereich bis zu 15 kN wurde in den Strahlengang an der BAMline (BESSY II) integriert. Da in herkömmlichen (Absorptions-) Radiographien Defekte wie Zwischenfaserbrüche oder Faser-Matrix-Enthaftung keinen ausreichenden Kontrast verursachen, wird zur Kontrastanhebung die Röntgenrefraktion benutzt. Hier wird das sogenannte Diffraction Enhanced Imaging (DEI) angewandt, um Primär- und gebrochene Strahlung mit Hilfe eines Analysatorkristalls zu trennen. Diese Technik ermöglicht schnelle Messungen mit einem Gesichtsfeld von einigen Quadratmillimetern (hier: 14 mm × 7.2 mm) und ist ideal für in-situ Untersuchungen. Die Bildgebung und der Zugversuch erfolgen mit einer Bildfrequenz von 0.7 / s und einer Dehnrate von 0.00055 / s . Bei 0°/90° Fasergelegen treten die ersten Zwischenfaserrisse bei 380 MPa (Dehnung 0.8 %) auf. Vor dem Versagen bei ca. 760 MPa (Dehnung 2.0 %) beobachten wir die Ausbildung eines nahezu äquidistanten Rissmusters (Risse in ca. 1 mm Abstand), das sich im geschädigten Zustand über die gesamte Probe erstreckt. T2 - DACH-Jahrestagung 2023 CY - Friedrichshafen, Germany DA - 15.05.2023 KW - Röntgen-Refraktion KW - Synchrotronstrahlung KW - CFK KW - Rissentwicklung PY - 2023 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-576230 SN - 978-3-947971-29-9 VL - BB 180 SP - 1 EP - 8 AN - OPUS4-57623 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Trappe, Volker A1 - Günzel, Stephan A1 - Jaunich, Matthias T1 - Correlation between crack propagation rate and cure process of epoxy resins N2 - Fracture mechanics approaches are increasingly applied for the characterization of epoxy resin and adhesive mechanical properties. Therefore, the fracture toughness and crack resistance under static load ISO 13586 are often regarded as state of the art to analyse material improvements. However, experimental investigations on fatigue behaviour, thus the crack propagation according to ISO 15850, seem to be much more sensitive to characterize the materials for in service loading conditions. Firstly, an efficient testing concept was developed at BAM. In this framework, the geometry for a modified single edge notched tensile specimen (SET) was developed in order to assure appropriate resolution in measuring the crack length via a CCD-camera. In the next step, the influence of the cure temperature on the fracture-mechanical properties was investigated. KW - Fracture toughness KW - Crack resistance KW - Fracture mechanics KW - Plastics KW - Crack propagation PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1016/j.polymertesting.2012.03.007 SN - 0142-9418 VL - 31 IS - 5 SP - 654 EP - 659 PB - Elsevier Science CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-26937 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Correlation between crack propagation rate and cure process of epoxy resins T2 - International Conference on Fatigue of Composites (ICFC 5) CY - Nanjing, China DA - 2010-10-16 PY - 2010 AN - OPUS4-22139 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ortwein, Hans-Peter A1 - Bohse, Jürgen A1 - Trappe, Volker A1 - Hickmann, Stefan T1 - Untersuchung des Zwischenfaserrisswachstums in Faserverbundwerkstoffen mit Schallemissions- und Röntgenrefraktionsverfahren N2 - Hinsichtlich Materialermüdung und Betriebsfestigkeit in Faserkunststoffverbunden besteht - verglichen mit anderen Aspekten des Faserverbundleichtbaues – noch erheblicher Forschungsbedarf. Schon weit vor den globalen Festigkeiten des Laminates treten eine Vielzahl von Zwischenfaserbrüchen und vereinzelte Faserbrüche auf. Die Dichte dieser Mikrorisse soll hier als Indikator für den Zustand des Verbundes genutzt werden. Ihre Ermittlung stellt insbesondere bei Kohlenstofffasern eine Herausforderung dar. Über vergleichende Messungen mit der Schallemissionsanalyse (SEA) und der Röntgenrefraktionsscans (RR) wird die Entwicklung der Rissdichte bei Belastung untersucht. Die SEA zeichnet die Entstehung der Risse auf und kann wegen der kompakten Messtechnik auch gut am Bauteil eingesetzt werden. Die RR beobachtet die Änderung der inneren Grenzflächen, die ebenfalls die Entwicklung der Rissdichte widerspiegelt. Sie ist allerdings zurzeit nur als Laborverfahren geeignet. Der Vortrag berichtet(e) über den aktuellen Stand des vergleichenden Einsatzes beider Verfahren an Flachproben und innendruckbelasteten Rohrproben. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2011 CY - Bremen, Deutschland DA - 30.05.2011 KW - Schallemissionsprüfung KW - Röntgenrefraktionsmessung KW - Faserkunstoffverbund KW - Druckbehälter PY - 2011 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-248913 SN - 978-3-940283-33-7 SP - Mi.4.A.1 - 1 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) AN - OPUS4-24891 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Ortwein, Hans-Peter A1 - Bohse, Jürgen A1 - Trappe, Volker T1 - Untersuchung der Mikrorissbildung in Faserkunststoffverbunden mittels Röntgenrefraktions- und Schallemissionsmessung N2 - Hinsichtlich Materialermüdung in Faserkunststoffverbunden besteht verglichen mit anderen Aspekten des Faserverbundleichtbaues – noch erheblicher Forschungsbedarf. Schon weit vor den globalen Festigkeiten des Laminates treten eine Vielzahl von Zwischenfaserbrüchen und vereinzelte Faserbrüche auf. Die Dichte dieser Mikrorisse soll als Indikator für den Zustand des Verbundes genutzt werden. Ihre Ermittlung stellt insbesondere bei Kohlenstofffasern eine Herausforderung dar. Über vergleichende Messungen mit der Schallemissionsanalyse (SEA) und der Röntgenrefraktionsanalyse (RR) wird die Entwicklung der Rissdichte bei Belastung untersucht. die SEA zeichnet die Entstehung der Risse auf und kann wegen der kompakten Messtechnik auch gut am Bauteil eingesetzt werden Die RR beobachtet die Änderung der inneren Grenzflächen, die ebenfalls eine Entwicklung der Rissdichte widerspiegelt. Sie ist allerdings zurzeit nur als Laborverfahren geeignet. Der Vortrag berichtet über den aktuellen Stand des vergleichenden Einsatzes beider Verfahren an Zugproben und Modellbehältern. T2 - 18. Kolloquium Schallemission CY - Wetzlar, Deutschland DA - 27.10.2011 KW - Schallemissionsprüfung KW - Röntgenrefraktionsmessung KW - Faserkunststoffverbund KW - Druckbehälter PY - 2011 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-248926 SN - 978-3-940283-37-5 VL - 131 SP - V05-1 EP - 7 AN - OPUS4-24892 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Hickmann, Stefan A1 - Kupsch, Andreas A1 - Müller, Bernd R. A1 - Laquai, René A1 - De Monte, M. T1 - Risse an gekerbten kurzglasfaserverstärkten Thermoplasten zerstörungsfrei charakterisiert mit Röntgenverfahren N2 - Proben mit einer Mittelkerbe aus Polyamid 66 mit 35% Gewichtsan-teil an Kurzglasfaser (PA-GF35) wurden im Spritzgießverfahren hergestellt und in einem ungeschädigten und durch Schwingbeanspruch geschädigten Zustand mittels Röntgenverfahren charakterisiert. Sowohl die Faserorientierungsverteilung als auch die Riss-/Mikrorissbildung wurden mit der Röntgenrefraktionstopographie in einem SAXS-Aufbau und dem Diffraction-Enhanced-Imaging am Synchrotron (BESSY II) analysiert. Beide Verfahren spiegeln in guter Übereinstimmung die Charakteristiken dieser Werkstoffklasse in Bezug auf die Fertigungsqualität und die Schädigungsme-chanismen wider. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2017 CY - Koblenz, Germany DA - 22.05.2017 KW - Kurzfaserverstärktes Polyamid KW - Röntgenverfahren KW - Rissfortschritt PY - 2017 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-435659 UR - https://www.dgzfp.de/Dienste/Publikationen?kategorie=Berichtsb%C3%A4nde SN - 978-3-940283-85-6 VL - 2017 SP - 1 EP - 11 PB - DGZfP CY - Berlin AN - OPUS4-43565 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Channammagari, Harichandana A1 - Sahr, Rabea A1 - Trappe, Volker T1 - Experimentelle, Analytisch-Numerische Untersuchung des thermischen Ausdehnungsverhaltens von Faser-Kunststoff-Verbunden N2 - Im Rahmen des Forschungsvorhabens PROVING wurde eine Methode zur rechnerischen Bestimmung thermomechanischer Eigenspannungen in CFK entwickelt. Ziel ist die Berücksichtigung des thermischen Ausdehnungsverhaltens bei der Bestimmung des dreidimensionalen in-situ-Spannungszustands der Matrix für den strukturellen Nachweis. Die Eigenspannungen werden über mikromechanische Modellierung und FEM berechnet; die zugrunde liegenden Ausdehnungsfunktionen wurden experimentell validiert. N2 - As part of the PROVING research project, a method for calculating thermomechanical residual stresses in CFRP was developed. The aim is to take thermal expansion behavior into account when determining the three-dimensional in-situ stress state of the matrix for structural verification. The residual stresses are calculated using micromechanical modeling and FEM; the underlying expansion functions have been experimentally validated. T2 - 43. Vortrags- und Diskussionstagung Werkstoffprüfung 2025 CY - Dresden, Germany DA - 27.11.2025 KW - Thermische Eigenspannungen KW - Mikromechanik KW - Faser-Kunststoff-Verbunde KW - FEM PY - 2025 SN - 978-3-88355-454-9 VL - 2025 SP - 154 EP - 159 PB - DGM CY - Sankt Augustin AN - OPUS4-65112 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker T1 - Structural health monitoring for wind turbine rotor blades by strain measurement and vibration T2 - EURODYN 2011 CY - Leuven, Belgium DA - 2011-07-04 PY - 2011 AN - OPUS4-25093 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Trappe, Volker A1 - Müller, Alexander A1 - Hickmann, Stefan T1 - Infinite life of CFRP evaluated non-destructively with X-ray-refraction topography in-situ mechanical loading N2 - Carbon Fibre Reinforced Plastics (CFRP) are more and more used in modern civil aircrafts. These days the whole fuselage is made of this material (B787; A350). Due to strict certification standards the normal in-service loading gives a low stress level compared to the static and even the fatigue strength of the material. Hence CFRP are assumed to have an infinite life. To evaluate this assumption, fatigue tests on CFRP-specimens were performed up to 108 load cycles and the first inter-fibre failure was evaluated non-destructively by accompanying Xray-refraction topography. A tensile testing machine was integrated in a small angle X-ray scattering (SAXS) setup. X-ray refraction topography was performed while the CFRP samples were tensile loaded. This non-destructive technique enables the detection of micro-cracking and inter-fibre failure especially for CFRP. For Glass Fibre Reinforced Plastic (GFRP) X-ray refraction and in-situ loading has already been successfully used. The increase of inner surfaces due to inter fibre failure was measured as a function of the stress state. Fatigue tests were performed at and below the limit of inter-fibre failure strength. State of the art is to assume the failure of the samples under cyclic loading as the fatigue life. Accompanying non-destructive X-ray refraction measurements reflects the damage state and enables to trace its evolution even if the total failure of the specimens does not occur. This investigation technique is of high interest to give the engineer a design value of infinite life which is practically often reached due to knock down factors of certification standards. Finally the infinite life was found for cyclic fatigue loaded CFRP-samples even under high inter fibre transverse and shear loading investigated up to 108 load cycles. T2 - 19th World Conference on Non-Destructive Testing CY - Munich, Germany DA - 13.06.2016 KW - CFRP KW - NDT KW - Fatigue KW - Damage evolution PY - 2016 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-375015 UR - https://www.ndt.net/?id=19360 SN - 978-3-940283-78-8 VL - 2016 SP - 1 EP - 9 PB - DGZFP CY - Berlin AN - OPUS4-37501 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -