@techreport{HornfeckSandner2009, author = {Hornfeck, R{\"u}diger and Sandner, Thomas}, title = {Experimentelle Untersuchungen von Spannungen und Festigkeitseigenschaften an bauteilnahen CFK-Proben und Abgleich mit numerischen Berechnungsverfahren}, organization = {Fakult{\"a}t Maschinenbau und Versorgungstechnik}, url = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:92-opus-615}, year = {2009}, abstract = {Die Untersuchungsergebnisse haben wichtige Erkenntnisse sowohl auf dem Gebiet der statischen und dynamischen Festigkeit von CFK-Laminaten, als auch ihrer Anwendung in der Verbindungstechnik geliefert. Es konnte gezeigt werden, dass die statischen und dynamischen Festigkeitseigenschaften von Laminaten aus den zwei g{\"a}ngigen Herstellverfahren „RTM" und „Autoklav" vergleichbar sind. Die Festlegung der Lasthorizonte und Darstellung der W{\"o}hlerlinien nach der Methode des Restfestigkeitsabfalls hat sich bei den durchgef{\"u}hrten Schwingversuchen als sehr n{\"u}tzlich erwiesen. Die ermittelten Restfestigkeitskurven liefern wichtige Basisdaten f{\"u}r zuk{\"u}nftige Arbeiten auf dem Gebiet der rechnerischen Lebensdauervorhersage von CFK-Laminaten. Die Festigkeitseigenschaften von CFK-Bauteilen mit Konstruktionskerben wurden exemplarisch an Flachproben mit Bohrung untersucht und wichtige Erkenntnisse zur St{\"u}tzwirkung des Laminats im Kerbbereich gewonnen. Erste FEM-Rechenmodelle zur Degradation der Steifigkeit und Festigkeit im Kerbbereich best{\"a}tigen diesen St{\"u}tzeffekt. Die FEM-Modelle sollen weiterentwickelt und experimentell verifiziert werden. Die Untersuchung der 1-schnittigen Bolzenverbindung - ein g{\"a}ngiges Verbindungselement in der Faserverbundtechnik - ergab, dass die herk{\"o}mmlichen, konstruktionsbegleitenden {\"U}berschlagsberechnungen des sogenannten Ausnutzungsgrades den tats{\"a}chlichen Sch{\"a}digungsmechanismus nicht genau genug ber{\"u}cksichtigen. Insbesondere die ungleichm{\"a}ßige Pressungsverteilung im Kontaktbereich Bolzen-Bohrung f{\"u}hrt zu einem ung{\"u}nstigen Tragverhalten der Verbindung, was bei Nichtber{\"u}cksichtigung in der Vorabberechnung des Ausnutzungsgrades zu nichtkonservativen Ergebnissen f{\"u}hrt. Die Entwicklung eines aussagekr{\"a}ftigeren, analytischen Berechnungsmodelles wird daher ein n{\"a}chstes Ziel der Weiterarbeit an dem Projektthema sein. Die FE-Berechnung der Bolzenverbindung zeigte eine gute qualitative {\"U}bereinstimmung mit den Versuchsergebnissen, sofern auf eine sorgf{\"a}ltige Vernetzung im Kontaktbereich Bolzen-Laminat geachtet wird. Die Vorhersage der ersten Faserbr{\"u}che ist mit einem linear-elastischen FE-Modell m{\"o}glich, der Sch{\"a}digungsprozess bis zu einer noch tolerierbaren Lochaufweitung bzw. dem Zugbruch erfordert jedoch die Ber{\"u}cksichtigung der schrittweisen Degradation der Festigkeit und Steifigkeit des Laminats. Auch hier ergibt sich ein wichtiges, praxisrelevantes Feld f{\"u}r zuk{\"u}nftige Forschungsaktivit{\"a}ten. Schließlich zeigten die Versuche ein erhebliches Kriechen der Proben, insbesondere bei h{\"o}heren Lasten. Das Kriechverhalten hat wiederum seine Ursache in der hohen Druckbelastung auf das Laminat im Bolzenkontakt. Die Tragf{\"a}higkeit der ausknickenden Fasern geht {\"o}rtlich verloren und die {\"u}berlastete Matrix beginnt zu kriechen. Auch dieser Effekt wird weiter untersucht. Die Untersuchung der Klebverbindung, einem weiteren, wichtigen Verbindungselement f{\"u}r CFK-Bauteile ergab ein grunds{\"a}tzlich, befriedigendes Tragverhalten, was die erreichbaren Ausnutzungsgrade betrifft. Allerdings fand das Versagen nicht in der Klebschicht, sondern an der Harzdeckschicht (debonding) statt, was wahrscheinlich zu einer st{\"a}rkeren Streuung der Ausnutzungsgrade beigetragen hat. Hier ist zu untersuchen, ob sich dieses ung{\"u}nstige Versagensverhalten durch {\"A}nderungen im Herstellprozess der Klebverbindung oder andere Kleber beeinflussen l{\"a}sst. Die FE-Berechnung der Klebverbindung ergab eine gute {\"U}bereinstimmung mit der analytisch berechneten Schubspannung in der Klebschicht. Die Verwendung der Spannungsspitzen zur Vorhersage des Ausnutzungsgrades f{\"u}hrt allerdings zu sehr konservativen Ergebnissen. Realistischer ist hier nach wie vor die Verwendung einer fl{\"a}chengemittelten Schubspannung incl. Sicherheitsfaktor. Auch hier sind Verbesserungen des analytischen Berechnungsmodells denkbar, die aber nur dann sinnvoll erscheinen, wenn der betrachtete Versagensort tats{\"a}chlich dem im Versuch entspricht.}, subject = {Kohlenstofffaserverst{\"a}rkter Kunststoff}, language = {de} }