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Temperaturabhängigkeit des Verformungsverhaltens von Faser-Metall-Elastomer-Laminaten unter 3-Punkt-Biege-Beanspruchung

Sunday (01.01.2040)
00:00 - 00:36 Uhr

Faser-Metall-Elastomer-Laminate bieten die Möglichkeit Materialkombinationen zu nutzen, die beispielsweise durch unterschiedliche Temperaturausdehnungskoeffizienten oder verschiedene Elektronegativitäten häufig mit frühzeitigen Delaminationen zu kämpfen haben. Die vorliegende Untersuchung beschäftigt sich mit Laminaten aus Schichten von CFK und Aluminium die jeweils durch eine Elastomerschicht miteinander verbunden sind. Die Elastomerschicht entkoppelt dabei das CFK und das Aluminium sowohl elektrochemisch als auch mechanisch und ermöglicht erst die Nutzung dieses hybriden Werkstoffverbunds bei Umgebungsbedingungen wie sie in Luftfahrt- oder Automobilindustrie auftreten. Das schubweiche Elastomer sorgt außerdem dafür, dass die wesentlich steiferen Aluminium und CFK Schichten bei Biegebelastung gegeneinander abgeschert werden. Dies führt zu einem komplexen Verformungsverhalten. Die Scherung des Elastomers spielt dabei auch für das Dämpfungsverhalten des Laminats eine entscheidende Rolle. Durch große Schubverformungen in der Elastomerschicht zeigt die Kombination aus steifen Deckschichten und weichen Elastomerschichten ein sehr gutes Dämpfungsverhalten nach dem Prinzip des sogenannten constrained layer dampings. Da auftretende Biegeschwingungen im normalen Gebrauch meist nur kleine Amplituden aufweisen, ist das Verformungsverhalten vor allem im elastischen Bereich von Interesse. Da dieses Verformungsverhalten stark vom Schubmodul des verwendeten Elastomers abhängt und dieser wiederum stark von der Temperatur beeinflusst ist, wird das Verformungsverhalten bei unterschiedlichen Temperaturen charakterisiert.

Im Rahmen dieser Untersuchung werden quasistatische 3 Punkt Biege Versuche an unterschiedlichen Laminataufbauten im Temperaturbereich von -40 °C bis +80 °C durchgeführt. Die Laminate werden im Heißpressverfahren konsolidiert und enthalten zwei verschiedene EPDM Elastomere in variierenden Schichtdicken, unidirektionales CFK Prepreg in biaxialem Lagenaufbau sowie Aluminium 2024 Bleche. Das Verformungsverhalten wird mittels digitaler Bildkorrelation analysiert. Damit wird sowohl die Biegelinie des Gesamtverbundes als auch Dehnungen über der Schichtdicke gemessen. Insbesondere wird die Scherung in den Elastomerschichten ausgewertet und diese in Bezug zu den Biegelinien gesetzt. Abschließend wird die Eignung des Laminataufbaus zur Dämpfung von Biegeschwingungen bewertet.

 

Sprecher/Referent:
Vincent Sessner
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Kay André Weidenmann
    Karlsruher Institut für Technologie (KIT)