OPTIMIERUNG VON CFK STRUKTUREN IM BEREICH VON LOKALEN, HOCHBELASTETEN LASTEINLEITUNGEN DURCH DEN EINSATZ VON THIN PLY MATERIALIEN

Kurzfassung

Aufgrund des vermehrten Leichtbaus werden in Flugzeugstrukturen zunehmend FKV-Werkstoffe eingesetzt. Lasteinleitungen werden in der Regel mit Nieten realisiert. FKV-Werkstoffe besitzen jedoch eine geringe Lochleibungsfestigkeit und können deshalb nur geringe Lasten über Nieten, verglichen mit metallischen Werkstoffen, übertragen. Dementsprechend müssen für eine lokale, hohe Lasteinleitung mittels Nieten die entsprechenden Stellen der Struktur lokal durch geeignetes Fasermaterial und Faserarchitektur ersetzt oder verstärkt werden. Ziel der Arbeit ist es durch den Einsatz geeigneter Fasermaterialien aus Thin Plies die Lasteinleitung mit Nieten in FKV lokal zu verbessern, um Inserts aus hybriden Verbunden mit unterschiedlichen Materialklassen wie Titan und CFK mit ihren Nachteilen zu vermeiden. Nachteile dieser hybriden Verbunde sind eine unterschiedlichen Wärmeausdehnung, problematische Haftung zwischen Metall und CFK und die unterschiedlichen Versagensarten der beiden Materialklassen. Ein monolithischer Verbund aus entsprechenden Fasern, optimierten Lagenaufbau und Matrix soll die Lochleibungsfestigkeit und damit die Tragfähigkeit des Laminates erhöhen und die Nachteile einer hybriden Struktur vermeiden. Mit einem fein geschichteten Lagenaufbau aus Thin Plies werden die intralaminaren Spannungen minimiert. Zuerst werden mit einem herkömmlichen UD-Laminat die Lochleibungsfestigkeiten zu Beginn der Lochaufweitung experimentell ermittelt und im Anschluss mit verschiedenen ThinPly Materialien von Oxeon - TeXtreme (VARI-Verfahren) und NorthThinPly (Autoklav-Prepreg) verglichen. Die Lochleibungsversuche zeigen, dass mit abnehmender Schichtdicke der Einfluss von Unterlegscheiben sinkt und die Lochleibungsfestigkeit zu Beginn der Lochaufweitung mit Thin Plies um bis zu 20% gesteigert werden kann. Auf CT-Aufnahmen ist zu erkennen, dass das CFK-Laminat bereits mit dem Beginn der Lochaufweitung durch Risse irreversibel beschädigt ist.