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Filament wound composite structures are widely used in the field of pressure vessels, tubes, pipelines or rocket cases. The mechanical behavior of these structures is typically different from those of flat laminated structures due to an alternating lay-up sequence, winding tension and manufacturing induced imperfections. However, design and analysis issues require the same engineering data as used for laminated structures in general. It has therefore become necessary to establish an accompanying quality assurance procedure following the production process to identify the material properties of the manufactured tubes especially for the single layer. Consequently, there are three different approaches of determining the elastic moduli and tensile strengths of a filament wound laminate. Either specimens are resected from a curved tube, from a tube with plane areas or standardized flat specimens are manufactured under deviating production conditions. All approaches entail disadvantages, whether in terms of manufacturing or testing parameters including geometry, lay-up sequence, porosity, fiber tension and load direction. This study presents the discrepancies in the determination of mechanical properties of a filament wound glass-fiber-reinforced polymer tube on curved or cylindrical specimens and flat specimens produced to meet the specifications of international standards. In order to obtain material properties not only in longitudinal but also in transverse direction of the tubes, the so-called split-disk tensile test modeled after ASTM Standard D 2290, is used with tube segments.The procedures of specimen production and preparation are described in detail. Material properties such as the fiber volume and void content of the composite specimens are conducted in order to consider quality and production differences. Finally tensile tests are performed and the results are compared and discussed.

In der vorliegenden Arbeit wird die Charakterisierung des mechanischen Verhaltens von auskragenden Rohren aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) mit Querkraftbelastung an einem Ende und einer mehrreihigen Bolzenverbindung am anderen Ende behandelt. Bolzenverbindungen mit Fügepartner aus CFK werden im Stand der Technik nur an ebenen, zug- oder druckbelasteten, Verbindungen untersucht, weshalb der Einfluss der Biegebelastung, der gekrümmten Auflageflächen und des geschlossenen Rohrprofils untersucht und qualifiziert wird. Zudem zeigt sich ein Effekt der Abstützung bzw. resultierenden Verformungsbehinderung. Die Grundlage der Untersuchungen bilden 2-Punkt-Biegeversuche mit Verzerrungs- und Verschiebungsmessungen, die über FE-Modelle numerisch abgebildet und in einer Verzerrungs- und Spannungsanalyse detaillierter ausgewertet werden. Zur Darstellung des Einflusses der Biegebelastung werden zudem reine Zug- und Drucklasten aufgebracht, ausgewertet und abgeglichen. In drei Variationen des Biegeversuchs werden zudem, sowohl experimentell als auch numerisch, Effekte zu einer möglichen Steigerung der Verbindungsfestigkeit untersucht. Dazu zählt die Verwendung von zusätzlichen Schichten aus Titanlegierung im Kraftüberleitungsbereich, ein Versetzen der Bolzen im Umfang und eine Änderung der Abstützung in Lastrichtung. Für das Biegeverhalten der CFK-Rohre im frei auskragenden Bereich werden kontinuumsmechanische Modelle der anisotropen Elastizität für Rohre unter reiner Biegebelastung beschrieben, adaptiert und bezüglich der Ergebnisse bewertet. Um die Vergleichbarkeit der Berechnungsmodelle und Versuche zu gewährleisten, wird einerseits der Einfluss der speziellen Schichtstruktur in gewickelten CFK-Rohren diskutiert und andererseits werden die transversal-isotropen Materialeigenschaften der Einzelschicht an Probekörpern aus den Rohren bestimmt.