Experimentelle Untersuchung und numerische Modellierung mikrorissinduzierter Delaminationen infolge zyklischer Belastung mit Lastrichtungsumkehr
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Delaminationen in Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) entstehen häufig durch Zwischenfaserbrüche (Zfb). In der Folge können sich die Delaminationen schnell über große Teile der FKV-Struktur ausbreiten und zu einem frühzeitigen Versagen führen. Im Rahmen des Projekts wurden Methoden entwickelt, die die Zfb-induzierte Delamination in FKV-Laminaten beschreiben und für die FE-Simulation nutzbar sind. Hierfür wurden sowohl quasi-statische als auch zyklische Double Cantilever Beam-(DCB-) und End Notch Flexure-(ENF-)Versuche an Prüfkörpern mit [0/0]- und [0/90]-Schichtgrenzen durchgeführt und entsprechende Rissfortschrittsgesetze abgeleitet. Die dafür notwendigen Prüfvorrichtungen und Auswertemethoden wurden im Rahmen des Projekts entwickelt. Darüber hinaus wurden zyklische Untersuchungen an Laminaten mit bidirektionalem [0/90]s-Lagenaufbau durchgeführt. Die im Versuch induzierten Zfb und Delaminationen wurden mittels im Projekt entwickelter, automatisierter Bildauswertung versuchsbegleitend quantifiziert. Mithilfe analytischer und numerischer Simulationsmodelle der FKV-Laminate konnten daraus Rissfortschrittsgesetze für Zfb-induzierte Delaminationsprozesse formuliert und validiert werden. Dabei zeigte sich, dass sich diese signifikant von den Rissfortschrittsgesetzen aus DCB- bzw. ENF-Versuchen unterscheiden. Für die numerische Simulation der Zfb-induzierten Delaminationsprozesse wurden verschiedene FE-Modelle von Kreuzlaminaten mit vordefinierten Zfb in den eingebetteten 90° Schichten aufgebaut. Die Schichtinterfaces wurden dabei mithilfe eines Kohäsivzonenmodells (CZM) modelliert. Grundlage des CZM stellt das statische Traction-Separation-Law (TSL) dar, welches mittels einer neu entwickelten Methode direkt aus den experimentellen Ergebnissen gewonnen worden konnte. Die Erweiterung des CZM auf zyklische Beanspruchungen erfolgte durch Verwendung des in der Fachliteratur etablierten Modells CF20 von Dávila.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Bruchmechanische Analyse des Delaminationswachstums in glasfaserverstärkten Verbundkunststoffen bei Ermüdungsbelastung, Tagung Werkstoffprüfung 2022, Oktober 2022, S. 6
G. Just; I. Koch; M. Gude; G. Hacker; S. Scheffler & R. Rolfes
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Experimental Analysis of Matrix Cracking in Glass Fiber Reinforced Composite Off-Axis Plies under Static and Fatigue Loading. Polymers, 14(11), 2160.
Just, Gordon; Koch, Ilja & Gude, Maik
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Numerical Simulation of Microcrack-Induced Delamination in Cross-Ply-Laminates under Static Loading Using Cohesive Zone Models, Composites Meet Sustainability - Proceedings of the 20th European Conference on Composite Materials (ECCM20), Lausanne, 2022.
G. Hacker; M. Brod; G. Just; S. Scheffler; I. Koch; R. Rolfes & M. Gude
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Analysis of fatigue crack and delamination growth in GFRP Composites in tension and compression loading, ICFC9 – The 9th International Conference on the Fatigue of Composites, 21 – 23 Juni 2023, Vicenza, Italien
G. Just; I. Koch; G. Hacker; S. Scheffler; M. Gude & R. Rolfes
