Entwicklung von bruchmodebezogenen Degradationsmodellen für kohlenstofffaserverstärkte Textilverbunde mit gestreckten Fadenlagen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Maik Gude
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 171396308

Für die Anwendung von textilverstärkten Verbundwerkstoffen in sicherheitsrelevanten Strukturbau-teilen sind verlässliche Aussagen über das Versagens- und Schädigungsverhalten erforderlich. In der ersten Phase des Vorhabens wurden daher Degradationsmodelle exemplarisch für 3D-kohlenstofffaserverstärkte Textilverbundwerkstoffe mit gestreckten Fadenlagen erarbeitet und erstmals mittels In-situ-Computertomographie verifiziert. Ziel der zweiten Förderphase ist die Erweiterung der für quasi-statische einach¬sige monotone Belastungen entwickelten Modelle, indem der Einfluss der Lastgeschichte und mehrachsiger Belastungszustände auf die Werkstoffde¬gradation berücksichtigt wird. Dabei stehen quasi-statische einachsige Belastungen mit Lastum-kehr (Zug - Druck), mehrachsige Belastungen sowohl mit sequenzieller als auch mit simultaner Lastaufbringung (Zug/Druck-Torsion) sowie Belastungen mit Lastrichtungswechsel (in plane - out-of-plane) im Vordergrund der Untersuchungen. Mit Hilfe der In-situ-Computertomographie soll dabei ein verbessertes Verständnis von Rissschließungs- und Rissöffnungseffekten, Lastumlage-rungs¬prozessen und Schädigungsinteraktionen in Textilverbunden erlangt werden. Im Unterschied zu anderen Diagnosemethoden wie der konventionellen Computer¬tomogra¬phie, der Ultraschall- oder der Schliffbildanalyse ermöglicht die In-situ-Computertomographie erstmals eine Klassifizierung dieser Prozesse noch während der Belastung.Der entwickelte In-situ-CT-Versuchsstand für einachsige Belastungen ist hierzu zunächst durch verschiedene konstruktive Maßnahmen derart zu verbessern, dass die Auflösung von bisher 25 Mikrometern auf 5 Mikrometer bei einer gleichzeitig geringeren Zeitdauer von etwa 15 Minuten für die Aufnahme der Tomogramme erhöht wird. Darüber hinaus soll für meh¬rachsige Beanspru-chungszustände ein weiterer Prüfkomplex erstmals zur In-situ-CT-Analyse von textilverstärkten Verbundwerkstoffen herangezogen werden. Im Rahmen der Modellerweiterung soll der Einfluss der Lastgeschichte und mehrachsiger Belas-tungszustände auf das Schädigungsverhalten der Verbundwerkstoffe und damit auf die Steifig-keitsdegradation berücksichtigt werden. Dazu sind auf Basis der klassifizierten Schädigungs¬phänome¬nologie modifizierte Ansätze zur Beschreibung der passiven Schädigungsevolution, des gekoppelten Schädigungswachstums bei mehrachsiger Belastung und des Delaminationswachstums zu entwickeln. Die erweiterten Degradationsmodelle bilden eine wesentliche Grundlage zur verbesserten Auslegung textilverstärkter Verbundstrukturen unter komplexen Belastungszuständen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Professor Dr.-Ing. Robert Böhm; Professor Dr.-Ing. Werner Hufenbach