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Experimentelle/Numerische Korrelation zur Bestimmung des mechanischen Verhaltens von kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoffen in Dickenrichtung für den Segelwettkampfsport

Sunday (01.01.2040)
00:00 - 00:09 Uhr

Diese Studie wurde im Rahmen einer laufenden Promotionsarbeit durchgeführt, die sich mit der experimentellen und numerischen Gegenüberstellung von Tragflügeln (engl. Hydrofoils) befasst.

 

Ziel der präsentierten Studie war die numerische und experimentelle Bestimmung der Festigkeit in Dickenrichtung (engl. InterLaminar Tensile Strength ILTS) eines gewinkelten kohlenstofffaserverstärkten Schichtverbundwerkstoffes sowie seines mechanischen Verhaltens in Dickenrichtung.

 

Der Kontext dieser Studie ergab sich aus der Anwendung von Tragflügeln im Segelsport, welche seit 2012 zunehmend zum Einsatz kommen. Diese Unterwasserflügel aus laminiertem Verbundmaterial (Kohlenstofffasern, Epoxidmatrix) sind unter den Rümpfen der Katamarane befestigt. Sie ermöglichen, dank des dynamischen Auftriebs, die Katamarane bei steigender Geschwindigkeit aus dem Wasser zu heben. Dadurch schweben sie über die Wasseroberfläche und erreichen eine höhere Geschwindigkeit.

 

Die Problematik befasst sich mit dem Fall der Umkehrung des dynamischen Auftriebs. Hierbei wird der Hydrofoilbogen einer Spannung ausgesetzt, die eine Zugbelastung aus der Ebene hinaus (in Dickenrichtung) erzeugt. Erreicht diese einen kritischen Wert, kann es zu einem Bruch des Hydrofoilbogens durch Delamination kommen. Die Festigkeit in Dickenrichtung von gewinkelten Verbundlaminaten ist bislang nur wenig erforscht, wodurch sich die Notwendigkeit dieser Studie ergab.

 

Inspiriert durch die Studie von J.-S. Charrier, wurde ein Vier-Punkt-Biegeversuch an einem gewinkelten unidirektionalen kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoff gemäß der Norm ASTM 6415 durchgeführt. Letzterer stellt eine vereinfachte Geometrie des Hydrofoilbogens dar. Die Festigkeit in Dickenrichtung wurde anschließend mittels analytischer Lösungen (Methode nach Lekhnitskii und klassische Festigkeitslehre) berechnet und mit den Ergebnissen der Finite-Elemente-Methode verglichen. Dabei entsprach die numerische Lösung der Festigkeit in Dickenrichtung dem analytisch berechneten Wert.

 

Die zufriedenstellende Korrelation zwischen experimentellem und numerischem Teil erlaubt nun in nachfolgenen Studien Versuche an Hydrofoilbogen und an Hydrofoils durchzuführen. Hierbei wird die Dimensionsänderung der Probengeometrie eine zentrale Herausforderung darstellen.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Monia Grabow
Université Bretagne Sud
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Vincent Keryvin
    Université Bretagne Sud
  • Prof. Dr. Christophe Baley
    Université Bretagne Sud
  • Prof. Dr. Jean-Claude Grandidier
    ENSMA - Université de Poitiers
  • Odran Fagherazzi
    Université Bretagne Sud
  • Adrien Marchandise
    Université Bretagne Sud