Composite Betriebsfestigkeit

Das Ermüdungsverhalten von faserverstärkten Kunststoffen ist für die Lebensdauervorhersage von Bauteilen und Strukturen von großer Bedeutung. Das Verhalten dieser Werkstoffe unter zyklischer Belastung unterscheidet sich dabei stark vom Verhalten isotroper Materialien wie beispielsweise metallische Werkstoffe. Bei Faser-Kunststoff-Verbunden erfolgt die Ermüdung im wesentlichen durch die Entstehung, das Wachstum und die Ausbreitung einer Vielzahl von Einzelrissen. Die Schädigungsentwicklung ist dabei signifikant vom Aufbau des Laminats, der Matrix und von den verwendeten Fasern abhängig. Der Schädigungsablauf ist materialspezifisch, erfolgt aber typischerweise in folgenden Phasen:

  • Entstehung von Querrissen in Laminatschichten außerhalb der Belastungsrichtung
  • Entstehung von Längsrissen entlang lasttragender Fasern
  • Delaminationen entlang von Probekörperkanten
  • Delaminationen im Inneren der Probekörper 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

 

Bei Grasse Zur Composite Testing werden Faser-Kunststoff-Verbunde unter Zug-Druck-Wechsellast (Lastverhältnis R = -1), Zug-Zug-Schwelllast (Lastverhältnis R = 0,1) oder Druck-Druck-Schwelllast (Lastverhältnis R = 10) geprüft. Dabei wird die Belastungsart über die Faserorientierung definiert. Eine Faserorientierung in 0°-, 90°- oder 0°/90°-Richtung führt zu Zug- bzw. Druckbelastungen, eine Faserorientierung in +/-45°-Richtung führt zu Schubbelastungen. Zur Vermeidung vorzeitigen Faserausknickens wird eine Knickstütze (z.B. GZ BS-32) verwendet werden.

Mit einer für die zyklische Prüfung geeigneten 3-Punkt- / 4-Punkt-Wechselbiegevorrichtung (z.B. GZ B-50) werden die Biegeeigenschaften (interlaminarer Schub) von faserverstärkten Kunststoffen und Sandwich-Materialien charakterisiert. Über eine Variation der Faserorientierung können zusätzliche Aussagen zu den Zug- und Druckeigenschaften der Materialien gewonnen werden. Das Ermüdungsverhalten wird dabei an verschiedenen Werkstoffen wie beispielsweise lang- oder endlosfaserverstärkte Kunststoffe mit duro- oder thermoplastischer Matrix untersucht. Zur Auswertung werden qualitative Aussagen, Wöhlerlinien, Basquin-Geradengleichungen oder Haigh-Diagramme erzeugt. Bei der Interpretation der Daten kann auf ein langjähriges Know-how zurückgegriffen werden.

Ermüdungsversuch nach ISO 13003
Ermüdungsversuch nach ASTM D3479
Ermüdungsversuch nach RHV 99