Betriebsfestigkeit

 

Betriebsfestigkeit und Lebensdauer von faserverstärkten Kunstoffen

Das Ermüdungsverhalten faserverstärkter Werkstoffe (FVW) ist für die Lebensdauervorhersagen von Bauteilen und Strukturen von großer Bedeutung. Das Verhalten von FVW unter dynamischer Belastung unterscheidet sich dabei stark vom Verhalten isotroper Materialien wie beispielsweise metallischer Werkstoffe. Bei FVW erfolgt die Ermüdung im Wesentlichen durch die Entstehung, das Wachstum und die Ausbreitung einer Vielzahl von Einzelrissen. Die Schädigungsentwicklung ist stark vom Aufbau des Laminats, von der Matrix und von den verwendeten Fasern abhängig. Der Schädigungsablauf ist daher sehr materialspezifisch, erfolgt aber typischerweise in folgenden Phasen:

  • Entstehung von Querrissen in Laminatschichten außerhalb der Belastungsrichtung
  • Entstehung von Längsrissen entlang lasttragender Fasern
  • Delaminationen entlang von Probenkanten
  • Delaminationen im Probeninneren aufgrund von Quer- und Längsrissen
  • Bruch lasttragender Fasern aufgrund des Ausknickens von Fasern
  • Faser-Matrix-Ablösungen aufgrund von Schubbeanspruchungen
  • Komplettes Versagen der Probe / des Bauteils

Wir testen FVW mit unserer Zugvorrichtung unter Zug-Druck- (R=-1), Zug-Schwell- (R=0) oder Druck-Schwell-Beanspruchung (R=-∞). Dabei wird über die Faserausrichtung die Belastungsart definiert: Faserlängs- oder Faserquerorientierung führt zu Zug- bzw. Druckbelastung, eine +/-45°-Orientierung führt zu Schub. Zur Vermeidung vorzeitigen Faserausknickens kann eine Knickstütze GZ-BS32 verwendet werden.

Mit unserer 3-/4-Punkt Wechselbiegevorrichtung charakterisieren wir die dynamischen Biegeeigenschaften von FVW, wobei auch hier über die Faserausrichtung zusätzlich Aussagen zu den Zug- und Druckeigenschaften der Materialien gewonnen werden können.

Das Ermüdungsverhalten wird dabei an Werkstoffen Ihrer Wahl wie beispielsweise mit GFK und CFK endlosfaser- oder langfaserverstärkte Kunststoffe mit duro- oder thermoplastischer Matrix untersucht. Wir führen Betriebsfestigkeitsuntersuchungen durch und erstellen Wöhlerlinien von Ihrer Materialkonfiguration.