Entwicklung einer experimentellen und numerischen Methodik zur Erfassung des Verformungs- und Versagensverhaltens neuartiger Hochmodul-Garnstrukturen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das neu konzipierte Prüfverfahren für hochmodulige Garnstrukturen stellt eine Erweiterung der Umschlingungsprüfung dar und kombiniert die Vorteile der bereits existierenden Prüfmethoden für technische Garne (reine Umschlingungsprüfung und Einbettung der Garnenden in Harzblöcke). Die neue Konfiguration ermöglicht sowohl eine gezielte Variation der Prüflänge als auch eine rein mechanische Einspannung. In der konzipierten Versuchsanordnung wird die Funktion der Einspannung und des Kraftschlusses getrennt. Die Testergebnisse mit den zusätzlichen Kraftschlussbacken zeigen, dass es prinzipiell möglich ist, einen Kraftschluss im Garn zu erreichen, sodass vergleichbare Festigkeiten wie bei einer Prüfung mit Harzeinbettung messbar sind. Der entscheidende Vorteil dieser Methodik ist die Automatisierbarkeit der Probenvorbereitung und des Prüfvorgangs. Damit werden die Voraussetzungen für eine weitergehende statistische Charakterisierung der hochmoduligen Garne inklusive des längenabhängigen Verhaltens erfüllt. Die Weiterentwicklung der Methodik in Form eines pneumatischen Adapters mit den einstellbaren Kraftschlussbacken für existierende Prüfmaschinen ist in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner geplant. Die erweiterte Prüfmethodik kann einen breiten Bereich der Prüflängen mit einer hohen Anzahl der Proben abdecken. Somit wird der Weg für eine detailierte Auswertung und Interpretation der Versuchsergebnisse mit Hilfe der Faser-Bündel-Modelle eröffnet. In Verbindung mit den eingesetzten Modellen kann der Verlauf der gemessen Size-Effect-Kurve wichtige Information über die Interaktlons- und Schädigungsvorgänge im Garn liefern. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen des Projektes das statistische Faser-Bündel-Modell mit dem Chain-of-Bundles-Modell kombiniert. Neben der Messung der Festigkeiten und ihrer Streuung können somit auch die Längencharakteristika: Autokorrelationslänge und Verankerungslänge eines Filamentes, indirekt ermittelt oder eingegrenzt werden. Die im Rahmen des Projektes durchgeführten Arbeiten haben die Möglichkeiten einer materialgerechten Prüfung von hochmoduligen Garnen gezeigt. Es wurden sowohl neue experimentelle als auch numerische Ansätze formuliert und prototypisch in koordinierter Form umgesetzt. Zum systematischen und effektiven Einsatz in der Praxis ist es notwendig, die genannte Erweiterung der Prüfmethodik in Verbindung mit der ausführlichen numerischen Analyse des Versagensprozesses in einem kompakten und weitestgehend automatisierten Verfahren zu integrieren.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Effect of twist, fineness, loading rate and length on tensile behavior of multifilament yarn. 4. Kolloquium zu textilbewehrten Tragwerken (CTRS4), Seiten 29-40, Dresden 3.-5. Juni 2009
Rypl, R., Vorechovsky, M., Sköck-Hartmann, B., Chudoba, R., Gries, T
- New Testing Method of High-Modulus Yarns for Textile-Reinforced Concrete. Aachen-Dresden International Textile Conference, Aachen, 26.-27. November 2009
Sköck-Hartmann, B., Rypl, R., Chudoba, R., Gries, T., Hegger, J.
