Zur Verbesserung des Impactverhaltens von Faser-Kunststoff-Verbund-Strukturen mittels maßgeschneiderter Zwischenschichtmodifikationen

Beschreibung

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) sind aufgrund ihrer hohen spezifischen mechanischen Eigenschaften und ihres guten Energieaufnahmevermögens prädestiniert für den Einsatz in crash- und impactbelasteten Leichtbaustrukturen. Insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe zeigen hierbei jedoch ein sprödes Versagensverhalten, das zu katastrophalem Strukturversagen führen kann und ein ungenutztes Potenzial hinsichtlich des Energieaufnahmevermögens darstellt. Das gezielte Zulassen von Delaminationen in impactbelasteten FKV-Strukturen führt zu einer Reduktion der intralaminaren Spannungen, wodurch ein kritisches Faserbruchversagen verhindert werden kann. Als Folge lassen sich sowohl das Energieaufnahmevermögen steigern als auch die Strukturintegrität erhalten. In der vorliegenden Arbeit werden erstmalig nicht-anhaftende, perforierte Folien als Konzept zur Zwischenschichtmodifikation systematisch untersucht. Auf Grundlage einer umfangreichen experimentellen Analyse des Einflusses der modifizierten Zwischenschichten auf das Werkstoffverhalten werden eine Berechnungsmethodik und eine Methode zur effizienten experimentell- numerischen Parameterbestimmung entwickelt. Mit Hilfe validierter Berechnungsmodelle wird der Einfluss der Zwischenschichtmodifikationen auf das Impactverhalten von FKV-Strukturen aufgezeigt. Als Ergebnis dieser Untersuchungen werden erstmals Gestaltungshinweise für zwischenschichtmodifizierte FKV-Strukturen abgeleitet. Durch deren Anwendung wird bei experimentellen Beschussversuchen an generischen FKV-Triebwerksschaufeln eine höhere Energieaufnahme bei gleichzeitigem Erhalt der Strukturintegrität erreicht.

Autor*in

Moritz Kuhtz

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Leichtbau Faser-Kunststoff-Verbund Impact Versagen Delamination Experimente Simulationen

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