ISBN 978-3-8439-3493-0

978-3-8439-3493-0, Reihe Ingenieurwissenschaften

Thomas Weser
Steigerung der faserparallelen Druckfestigkeit pultrudierter Faserverbundkunststoff-Profile

260 Seiten, Dissertation Technische Universität Braunschweig (2017), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Bei der Konstruktion von Fahrzeugstrukturen stellen Druckbelastungen einen kritischen Auslegungsfaktor dar. Dies gilt vor allem für Bauteile, die der Sicherheit der Fahrzeuginsassen dienen. Durch ihre hervorragenden gewichtsspezifischen Eigenschaften, wie Festigkeit und Steifigkeit, haben Faserverbundkunststoffe (FVK) ein erhebliches Potential für den Einsatz in modernen Fahrzeugkonstruktionen. Unter Druckbelastung versagen profilförmige FVK jedoch häufig katastrophal. Dadurch sind diese für den Einsatz als sicherheitsrelevante Bauteile nur bedingt geeignet.

Für eine Steigerung der nutzbaren Druckfestigkeit von FVK-Profilen werden deshalb die Ursachen für katastrophales Versagen untersucht und die Initiierung sukzessiven Versagens intensiv betrachtet. Dazu werden in einem automatisierten Fertigungsverfahren FVK-Profile gefertigt und diese mit und ohne Versagensinitiator unter Druckbelastung getestet. Bei diesen Versuchen konnte ein vom Stand des Wissens abweichendes Versagensverhalten beobachtet werden. Die untersuchten Proben versagten ohne Versagensinitiator reproduzierbar stabil unter Ausnutzung der Festigkeitseigenschaften des eingesetzten Materials.

Für die Identifizierung der Ursachen des beobachteten Verhaltens werden die Modi katastrophalen Versagens der Reihe nach analysiert und nacheinander ausgeschlossen. Im Anschluss an diese Untersuchungen werden die Ursachen für das Auftreten sukzessiven Versagens betrachtet und die Mechanismen zur Initiierung des beobachteten Versagens analysiert. Dazu wird die Belastung der Profile schrittweise gesteigert. Der dabei auftretende Schädigungsfortschritt wird anhand von Schliffbildern und durch den Einsatz optischer Verfahren dokumentiert und ermöglicht belastbare Aussagen zum Ablauf des Versagensprozesses und zu den dabei auf der Faserebene wirkenden Versagensmechanismen. Die ermittelten Daten zeigen deutlich das Auftreten von Mikrobeulen in gestreckten Faserlagen. Derart geschädigte Bereiche versagen unter weiterer Druckbelastung durch Kinking.

Die untersuchten Profile weisen eine dreifach höhere Druckfestigkeit bei reproduzierbarem Versagen auf. Für eine Beurteilung des Einflusses einzelner Fertigungsparameter auf die erreichbare Druckfestigkeit und das zu beobachtende Versagensverhalten wird eine umfassende Parametervariation durchgeführt. Im Ergebnis der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiges, in dieser Form bislang nicht bekanntes Versagensverhalten beschrieben.