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Vortrag

Optimierung der Prüfkörpergeometrie von Unidirektional verstärkten Composite-Werkstoffen mit einer Faserorientierung von 90°

Freitag (28.06.2019)
13:20 - 13:40 Uhr

Bei der Prüfung von unidirektional verstärkten Composite-Werkstoffen mit einer Faserorientierung von 90° besteht das Problem, dass bei nicht taillierten Prüfkörpern die Einflüsse der Einspannung oft ein Versagen in deren Nähe auslösen und der Versuch dadurch nicht mehr als gültig gewertet werden kann [1-2]. In der gegenständlichen Arbeit wurde daher ein Prüfkörperdesign ermittelt, welches sich gut für die Prüfung der Materialeigenschaften quer zur Faserrichtung eignet, indem mit Hilfe von Finite-Elemente-Simulation die Geometrieeinflüsse von Schulterstäben hinsichtlich des Versagensrisikos berechnet wurden. Die besonders kritischen Bereiche Einspannung und Schulter wurden genauer betrachtet, um ein Versagen hauptsächlich im Testfeld zu gewährleisten. Im Bereich der Einspannung wurde auf eine Optimierung der Aufleimer-Enden eingegangen und im Bereich der Schulter eine Optimierung der Schultergeometrie vorgenommen [3]. Mit den so berechneten zwei Designvorschlägen wurden Prüfkörper gefertigt und mit monotonen Zugversuchen beurteilt. Anschließend wurden Wöhlerversuche bei unterschiedlichen R-Verhältnissen und Lastniveaus durchgeführt und mit Ergebnissen an rechteckigen Prüfkörpern verglichen.

Auf Grund der schulterbedingten besseren Krafteinleitung in die Prüfkörper konnte bei den monotonen Zugversuchen eine leichte Erhöhung der Festigkeit erreicht werden. Bei den dynamischen Versuchen konnte ebenfalls eine Verbesserung der Krafteinleitung erreicht werden, was sich durch eine Verschiebung der Wöhlerlinie nach rechts, hin zu längeren Belastungszeiten, zeigt.

Besonders hervorzuheben ist, dass sich die Versagensstellen der rechteckigen Prüfkörper nahezu vollständig direkt neben der Einspannung befinden, während sich die Versagensstellen der Schulterprüfkörper größtenteils außerhalb des Schulterbereiches befinden. Dies bedeutet eine Bestätigung der, mittels Simulation entwickelten, neuen Schultergeometrie. Die Optimierung der Schulter- und Aufleimergeometrie hat somit einen positiven Einfluss auf das Versagensverhalten von unidirektional verstärkten Composite-Werkstoffen mit einer Faserorientierung von 90°, wodurch eine korrekte Messung von Materialdaten gewährleistet werden kann.

Sprecher/Referent:
Prof. Dr. Gerald Pinter
Montanuniversität Leoben
Weitere Autoren/Referenten:
  • Christian Schneider
    Montanuniversität Leoben
  • Prof. Dr. Clara Schuecker
    Montanuniversität Leoben
  • Dipl.-Ing. Matthias Drvoderic
    Montanuniversität Leoben