Ermüdung von FKV unter thermischer Zyklierung

• Antragsteller: Dr. Gerhard Kalinka; Professor Dr.-Ing. Michael Sinapius
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 379482657

In diesem Projekt wird das Ermüdungsverhalten von CFK unter thermischer zyklischer Belastung untersucht. Zentrale Forschungshypothese ist, dass die Ermüdung durch zyklische Temperaurbelastung aufgrund intra- und interlaminarer Eigenspannungen auf mehreren Skalenebenen stattfindet. Diese Eigenspannungen werden durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Faser und Matrix auf der Mikroebene und durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung benachbarter Lagen unterschiedlicher Faserorientierung in einem mehrlagigen Laminat auf der Makroebene hervorgerufen. Als Arbeitshypothese wird verfolgt, dass sich die thermische Belastung mit einem äquivalenten mechanischen Spannungszustand beschreiben und wie ein solcher in einem Ermüdungsschädigungsmodell behandeln lässt. Weiterhin wird angenommen, dass mit einem solchen Ansatz die in den bisherigen Modellen vernachlässigten thermisch induzierten Spannungen auf der Faser-Matrix-Ebene auch in einem auf der Ebene der unidirektionalen Einzellage formulierten Makromodell berücksichtigt werden können. Basierend auf dieser Forschungshypothese werden die Ermüdungsschädigungsmechanismen im CFK unter thermischer Belastung untersucht. Dazu wird ein umfangreiches Versuchsprogramm durchgeführt, das die Schädigungsmechanismen von der Einzelfaser-Ebene bis hin zum mehrlagigen Laminataufbau systematisch erforscht. Die Übertragung der aus den Experimenten gewonnen Erkenntnisse in mathematische Modelle ermöglicht die Phänomene in Simulationen nachzuvollziehen und zu erklären. Aus den gewonnen Erkenntnissen zum Schädigungsmechanismus unter zyklischer Temperaturbelastung wird ein Ansatz für den Transfer der thermisch induzierten Spannungen auf Mikroebene auf die Makroebene abgeleitet, der die Berücksichtigung der mikromechanischen Spannungen in einer makroskopischen Ermüdungsberechnung erlaubt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Tobias Wille