Experimentelle und analytische Betrachtung von Impactschädigung an Compositestrukturen

Abstract

Anhand von Impactversuchen auf Coupon-Proben aus einem Kohlenfaser-Epoxid-Verbund wird untersucht, welche Auswirkungen die Versuchsparameter Impactenergie sowie Masse und Radius eines halbkugelförmigen Impaktors auf den Schaden und das Schädigungsverhaltender Probe nach dem Einschlag haben. Dabei kommt eine Fallbolzenanlage nach der Norm AITM 1.0010 von Airbus Industries zum Einsatz. Die ermittelten Versuchsdaten aus der Kraftmessdose der Anlage und Ultraschallscans werden statistisch ausgewertet und in bedeutsame Zusammenhänge gebracht. So lässt sich sagen, dass unter sonst konstanten Bedingungen bei einer höheren Energie, einer größeren Masse und einem kleineren Radius des Impaktors der Schaden in der Probe zunimmt. Allerdings kann keine zahlenmäßige Aussage darüber getroffen werden, in welchen Schädigungsmodus die in das Material eingebrachte Energie fließt. Im Anschluss daran wird sich dem Problem auf Grundlage der Versuchsergebnisse mit drei Modellen genähert. Dabei werden zwei Schwingersysteme vorgestellt, welche die Messwertkurven des Impacts auf eine Coupon-Probe ohne Berücksichtigung der Schädigung nachstellen. Weiterhin versucht ein numerisches Modell, den Kraftverlauf eines Impacts mit einer Schädigung der Probe zu erzeugen. Zusammenfassend werden die Modelle mit den Versuchen verglichen und Abweichungen begründet.