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Vortrag

Das Ermüdungsverhalten geklebter CFK-Strukturen unter Berücksichtigung der mikro- und makroskopischen Oberflächengestalt

Thursday (27.06.2019)
11:25 - 11:45 Uhr

Mit dem strukturellen Kleben lässt sich die Leichtbauweise gerade in der Luftfahrt- und Automobilindustrie konsequent weiterverfolgen. Um eine hohe Festigkeit sowie Lebensdauer geklebter Strukturen zu gewährleisten, muss der Oberfläche der zu fügenden Teile große Aufmerksamkeit geschenkt werden.

Durch Abreißgewebe bzw. Trennfolien und Oberflächenvorbehandlungsverfahren wurden CFK-Oberflächen in Bezug auf ihre makro- und mikroskopische Topographie sowie ihre Chemie eingestellt. Die Überprüfung der Auswirkungen unterschiedlicher Oberflächenkonfigurationen auf die Klebung erfolgte mittels quasistatischer und zyklischer Versuche an einfach- und doppelt überlappten Zug-Scherproben. Zusätzlich wurde die Dehnungsverteilung in der Klebschicht mittels hochauflösender digitaler Bildkorrelation in situ gemessen. Die Definition eines lokalen Dehngrenzwertes im Ermüdungsversuch lieferte zusätzlich die Rissposition, aus welcher sich im Nachhinein eine Rissfortschrittskurve ableiten ließ.

Im quasistatischen Zugscherversuch zeigten sich für die verschiedenen Oberflächenkonfigurationen keine signifikanten Festigkeitsunterschiede. Die durch das Biegemoment induzierte Schälspannung in den einfach überlappten Zug-Scherproben bewirkte im Vergleich zu doppelt überlappten Zug-Scherproben nur eine geringe Abnahme der Gesamtfestigkeit. Maßgeblich für das Versagen verantwortlich waren die in der Matrix des Fügeteils ausgelösten Delaminationen und insbesondere das Ablösen der Matrixharzschicht von der oberflächennahen Faserlage. In Ermüdungsversuchen hingegen fanden sich trotz gleicher Probengeometrie deutliche Lebensdauerunterschiede der einzelnen Oberflächenkonfigurationen. Die Lebensdauer der einfach überlappten Zug-Scherproben wurde gänzlich durch die beidseitige Rissbildung an den Überlappenden aufgrund der Schälspannungsanteile bestimmt. Im Falle doppelt überlappter Zug-Scherproben trat diese Art der Schälspannung nicht auf, wodurch eine vielfach höhere Lebensdauer erreicht wurde. In der Bruchflächenuntersuchung zeigten sich neben den aus quasistatischen Versuchen bekannten Versagensmodi zusätzlich adhäsive und kohäsive Anteile. Somit ließ sich nur anhand der Ermüdungsversuche eine differenzierte Aussage bzgl. des Einflusses der Oberflächenkonfiguration treffen. Neben der Wirksamkeit der Vorbehandlungsverfahren Atmosphärendruckplasma und Vakuumsaugstrahlen, konnte auch der Einfluss der Topographie der oberflächennahen Harzschicht gezeigt werden.

 

Sprecher/Referent:
Torsten Thäsler
Universität der Bundeswehr München
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Jens Holtmannspötter
    Wehrwissenschaftliches Institut für Wehr- und Betriebsstoffe
  • Prof. Dr. Hans-Joachim Gudladt
    Universität der Bundeswehr München