Multisensorische experimentelle Bestimmung der in-situ Festigkeit eingebetteter CFK-Lagen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Oliver Völkerink
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 558129216

Die Festigkeit von unidirektionalen Faserkunststoffverbunden (FKVs) ist stark richtungsabhängig. Während die Festigkeiten in Faserrichtung hoch sind, sind sie quer zur Faser meist kleiner als 5% der Festigkeit in Faserrichtung, da in diesem Fall hauptsächlich das Matrixmaterial beansprucht wird. Aus diesem Grund werden die Festigkeiten sowohl in Faserrichtung als auch quer zur Faserrichtung an Prüfkorpern mit unidirektional (UD)-Faserorientierungen ermittelt. Bereits Ende der 70er Jahre wurde von verschiedenen Autoren beobachtet, dass die Zugfestigkeit quer zur Faser, auch Querzugfestigkeit genannt, von Lagen, die zwischen Lagen anderer Orientierung eingebettet sind, deutlich höher ist als die UD-Festigkeit. Eine Gruppe um Parvizi entdeckte diesen Effekt zunächst an [0/90n]s-Prüfkörpern aus glasfaserverstärktem Kunstoff (GFK) später auch an solchen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunstoff (CFK). Durch die Einbettung der 90°-Lage zwischen den 0°-Lagen entstehen Risse in der 90°-Lage erst deutlich oberhalb der experimentell ermittelten UD-Festigkeit der 90°-Lage. Dieses Phänomen der durch die umgebenden Lagen erhöhten Querzugfestigkeit der 90°-Lage wird auch als in-situ Festigkeit bezeichnet. Um die mechanischen Eigenschaften von FKV optimal ausnutzen zu können und damit eine leichtbaukonforme Auslegung zu ermöglichen, werden daher in-situ Festigkeiten benötigt. Es gibt jedoch keine etablierte Messmethode zur Erfassung des Versagens der eingebetteten 90°-Lage durch Mikrorisse, die die in-situ Festigkeit definiert. Darüber hinaus sind nur wenige Arbeiten zur experimentellen Bestimmung der in-situ Schubfestigkeiten bekannt, da sich die meisten Veröffentlichungen auf die Querzugfestigkeit beziehen. Es fehlt eine ununterbrochene Prüfmethode, die nicht nur die Rissbildung an den Rändern des Prüfkörpers beobachtet, sondern auch die Dehnungsinformationen innerhalb des Prüfkörpers sowie die Schallemissionen der Rissbildung aufzeichnet. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung einer neuen unterbrechungsfreien multisensorischen Prüfmethode für die zuverlässige Erfassung von in-situ Zug- und Schubfestigkeiten sowie der Vergleich des generierten Datensatzes mit einem nach dem Stand der Technik generierten Datensatz.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen