Prüfmethoden für die Ermittlung der intralaminaren Schubeigenschaften von Composite-Werkstoffen

Festigkeit, Leichtigkeit, Steifigkeit und Haltbarkeit sind einige der Gründe, warum faserverstärkte Kunststoffe (FVK) in vielen Bereichen des Ingenieurwesens zunehmend eingesetzt werden. Da die Forschung nach neuen Materialkonfigurationen, die Entwicklung von automatisierten Fertigungstechniken und die Bandbreite der Anwendungen weiter zunehmen, müssen kontinuierlich innovative und verbesserte Prüfmethoden entwickelt werden, um deren Analyse und Design zu optimieren. Daher werden zuverlässige Prüfmethoden benötigt, die das komplexe Materialverhalten von Verbundwerkstoffen berücksichtigen können.

Zusammen mit den mechanischen Zug- und Druckeigenschaften von Verbundwerkstoffen spielen auch die Schubeigenschaften in der Ebene eine wichtige Rolle. In diesem Fall verläuft die Belastungsrichtung nicht entlang der Fasern, wodurch die Anisotropie dieser Materialien hervorgehoben wird. Die Festigkeit des Materials nimmt ab, wenn die Belastungsrichtung verschoben wird, und hängt somit nicht nur von den Verstärkungsfasern, sondern auch von der Interaktion zwischen Faser und Matrix ab.

Für die Bestimmung der Scherfestigkeit in der Ebene sind verschiedene Prüfverfahren weit verbreitet. Dazu gehören in der Regel der Kurzstab-Schubversuch (ASTM D2344), der Iosipescu-Schubversuch (ASTM D5379), der ±45°-Zugschubversuch (DIN EN ISO 14129), der Torsions-Schubversuch (ASTM D5448), der Zweifach- und Dreifach-Schubversuch (ASTM D4255) und der Rail-Shear-Schubversuch (ASTM D7078).

Die große Vielfalt der Prüfmethoden ist auf die Schwierigkeit zurückzuführen, die in der Ebene liegenden Schubeigenschaften von Verbundwerkstoffen durch eine reine und gleichmäßige Scherverteilung im gesamten Probekörper bis zum Versagen zu bestimmen. Daher hat jede Methodik ihre eigenen Vor- und Nachteile.

Bei Grasse Zur Composite Testing wurde ein experimenteller Vergleich zwischen drei verschiedenen Prüfmethoden zur Charakterisierung des In-plane Schubverhaltens von Verbundwerkstoffen durchgeführt. Dies sind der ±45°-Zugschubversuch, der Rail-Shear-Schubversuch und der neu entwickelte Schubrahmen von Grasse Zur Composite Testing (DIN SPEC 4885).

Lesen Sie den vollständigen Artikel von Dr. Francesc Cobos hier.