Faserverbundwerkstoff

Materialmodell zur Festigkeitsanalyse gewebeverstärkter Faserverbundwerkstoffe entwickelt

| Redakteur: Dorothee Quitter

Beispiele für hochbeanspruchte Faserverbundstrukturen: Triebwerk-Fanschaufeln (links), Hydraulikzylinder (Mitte), Profil-Leichtbauwellen (rechts)
Beispiele für hochbeanspruchte Faserverbundstrukturen: Triebwerk-Fanschaufeln (links), Hydraulikzylinder (Mitte), Profil-Leichtbauwellen (rechts) (Bild: TU Dresden)

Forscher des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden entwickeln ein Materialmodell für die Festigkeitsanalyse gewebeverstärkter Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV). Damit können zukünftig hochbeanspruchte Leichtbaustrukturen zuverlässig ausgelegt werden.

Überlagerte Spannungszustände setzen sich hauptsächlich aus Zug- oder Schubspannungen in der Verbundebene und häufig überlagerte Druckspannungen quer dazu zusammen. Sie sind charakteristisch für die Lasteinleitungsbereiche von FKV-Bauteilen, wie etwa Triebwerk-Fanschaufeln oder Profilantriebswellen. Für die Dimensionierung dieser Bereiche fehlen bisher zuverlässige Werkstoffkennwerte und geeignete Versagenskriterien, die solche Spannungsinteraktionen und den Einfluss der spezifischen Gewebearchitektur auf das Werkstoffversagen berücksichtigen. Die Forscher des ILK konzentrieren sich bei ihren Untersuchungen auf kohlenstofffaserverstärkte Duroplast-Verbundwerkstoffe mit unterschiedlichen Gewebeverstärkungen. Dabei untersuchen sie den Einfluss der Gewebearchitektur und der Verzahnung benachbarter Gewebeeinzellagen untereinander auf die Werkstofffestigkeiten. Zur Vertiefung des Materialverständnisses für das Schädigungs- und Bruchverhalten gewebeverstärkter Faser-Kunststoff-Verbunde werden sowohl „virtuelle Prüfungen“ mittels der Finiten-Elemente-Methode als auch experimentelle Prüfungen durchgeführt. Die Wissenschaftler schöpfen für ihre Arbeiten aus einem umfangreichen Fundus von Voruntersuchungen und eigens entwickelten Materialmodellen aus bereits durchgeführten Forschungsvorhaben und Dissertationen am ILK. (qui)

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