Life ∞ – Unendliche Lebensdauer für zyklisch beanspruchte Hochleistungswerkstoffe

Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) erfahren im Laufe ihrer Einsatzlebensdauer häufig eine zyklische Beanspruchung. Daher ist neben einer statischen Auslegung die rechnerische Vorhersage der Einsatzlebensdauer insbesondere für sicherheitsrelevante Bauteile zwingend erforderlich.

Während im Bereich von 10³-106 Lastwechseln eine Vielzahl an Daten zur Verfügung steht, ist der Bereich über 106 Lastwechsel (High Cycle Fatigue, HCF) und speziell der Bereich über 108 Lastwechsel (Very High Cycle Fatigue, VHCF) nahezu unerforscht.

Aufgrund des heterogenen Aufbaus von FVK sorgen Mikroschädigungsprozesse für Schadensakkumulationen unter schwingender Beanspruchung und kennzeichnen damit das sukzessive Schädigungs- und Versagensverhalten.  Im Fokus des DFG-Schwerpunktprogrammes 1466 stehen diese Prozesse, um eine bessere Vorhersage der Einsatzlebensdauer zu ermöglichen.

Forschungsziel des SPP 1466

Das Ziel des SPP 1466 besteht darin, ein grundlegendes Verständnis des Ermüdungs- und des Bruchverhaltens von aus unidirektionalen (UD)-Einzelschichten aufgebauten Laminaten unter schwingender Belastung mit bis zu 108 Lastwechseln aufzubauen und modellhaft zu beschreiben. Besonders das notwendige grundlegende Verständnis der Mikroschädigungsentwicklung UD-verstärkter Einzelschichten wurde durch experimentelle Arbeiten unter mehrachsigen Beanspruchungszuständen erarbeitet.

Das von der DFG geförderte und der Universität Siegen koordinierte Projekt läuft seit dem 01.01.2011 und wird zum 31.12.2016 abgeschlossen. 

Teilergebnisse die am IKV erarbeitet wurden

Zur Bestimmung des Mikroschädigungsmechanismus der Faser/Matrix-Ablösung wurden am IKV neuartige Einzelfaserprobekörper entworfen, ausgelegt und gefertigt. Erstmals konnte hierdurch die reproduzierbare Messung der Interface-Festigkeit in querbeanspruchten Konfigurationen durchgeführt werden. Durch die Anwendung eines Reverse Engineering-Prozesses können außerdem bruchmechanische Kennwerte auf mikromechanischer Ebene für die Werkstoffkombination aus Kohlenstofffaser und Epoxidharz bereitgestellt werden. Das Ganze kann in-situ durch eine neue Prüfmaschine unter Beobachtung durch ein Mikroskop durchgeführt werden.

Zur experimentellen Bestimmung der Mikroschädigungen und der Korrelation mit makromechanischen Messgrößen wurden am IKV Ermüdungsversuche an Rohrprobekörpern durchgeführt und mittels der akustischen Emissionanalyse (AE) in-situ zerstörungsfrei ausgewertet. Dabei konnte festgestellt werden, dass bei allen Rohrproben, welche nicht quer zur Faser beansprucht wurden, Mikroschädigungsakkumulationen erst zum Ende der Lebensdauer auftraten. Für diese Prüfungen wurde ein Torsionsprüfstand aufgebaut und die Theorie der AE in einen robusten Algorithmus implementiert.

Suveni Kreimeier, M.Sc.

Abteilungsleiterin Formteilauslegung und Werkstofftechnik +49 241 80-28359 suveni.kreimeier@ikv.rwth-aachen.de

Haben Sie Fragen zu diesem Forschungsbereich am IKV? Dann freue ich mich auf Ihren Anruf oder Ihre Nachricht.

Weitere Informationen

Das SPP 1466 wird von der Universität Siegen koordiniert. Das Schwerpunktprogramm läuft seit dem 01.01.2011 und wird zum 31.12.2016 abgeschlossen. Mehr zu allen Teilprojekten erfahren Sie auf der Webseite des SPP 1466.

Mehr erfahren