Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Filtern
Erscheinungsjahr
- 2023 (3) (entfernen)
Dokumenttyp
- Zeitschriftenartikel (1)
- Beitrag zu einem Tagungsband (1)
- Vortrag (1)
Schlagworte
- CFK (1)
- Carbon Fibers (1)
- Fatigue (1)
- Joints/joining (1)
- Lightweighting (1)
- Polymer–matrix composites (1)
- Push-out Test (1)
- Recycling (1)
- Rissentwicklung (1)
- Röntgen-Refraktion (1)
Organisationseinheit der BAM
Paper des Monats
- ja (1)
Eingeladener Vortrag
- nein (1)
Lightweighting as a cross-cutting technology contributes significantly to achieve the European Green Deal goals. Based on, but not limited to, advanced materials and production technologies, the demand for natural resources and CO2 emmissions are reduced by lightweighting during production, as well as use phase. Therefore, lightweighting is a crucial transformation technology assisting in decoupling economic growth from resource consumption. In this manner, lightweighting contributes significantly as a key technology of relevance for many industrial sectors such as energy, mobility, and infrastructure, towards resource efficiency, climate action and economic strength, as well as a resilient Europe. To strengthen international partnerships, addressing global issues of today at the edge of science with high performance lightweight material based on carbon fibers, an overview about the BAM expertise in carbon fiber reinforced materials is given.
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.
Prolonging structural integrity—Fatigue of scarf repairs for wind turbine blade shell applications
(2023)
The influence of scarf repair variables on the mechanical properties of glass fiber reinforced polymer sandwich structures is examined for the application of wind turbine blade shell repairs. Reference shell specimens are tested under fully-reversed cyclic loading to understand the fatigue behavior of the sub-component structure within a range of in-service loads, to which shell specimens with a scarf joint repair are compared. A fatiguesuperior repair material is shown to improve the fatigue behavior of the repaired structures compared to the reference specimens. In separating layup and geometry, damage development is examined on the subcomponent scale for a structural understanding of a scarf repair using in-situ digital image correlation-based strain field measurements as well as passive thermography. Within scarf repair variables, the geometry is shown to play a larger role than layup in the fatigue performance of the repaired structure.