Eignungsuntersuchung des Vier-Punkt-Biegeversuchs zur Bestimmung der Festigkeitseigeschaften in Dickenrichtung von gewinkelten multidirektionalen Kohlenstofffaser-Kunststoffverbunden

Kurzfassung

Ziel der Arbeit ist die Anwendbarkeitsprüfung des Vier-Punkt-Biegeversuchs zur Festigkeits-bestimmung von multidirektionalen, gewinkelten Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen in Dickenrichtung. Dazu wird die Spannungs- und Dehnungsberechnung von multidirektionalen, gewinkelten Laminaten analytisch hergeleitet, um die Spannung in Dickenrichtung zu beurteilen. Mithilfe des Versagensmodells nach PUCK und den Festigkeitswerten der Einzellagen wird die Lami-nat-Biegefestigkeit bestimmt. Zur Validierung der Herleitung werden lineare 2D- und nichtlineare 3D-FEM Berechnungen durchgeführt sowie anschließend im mechanischen Laborversuch überprüft. Die Dehnungen werden mittels eines optischen Messsystems an der Außenkante radial und tangential ein-zelschichtauflösend gemessen. Das beschriebene Prepreg-Fertigungsverfahren unter Verwendung eines zweiteiligen Werk-zeuges ermöglicht die Erstellung einwandfreier Proben in Übereinstimmung mit der Norm ASTM 6415. Im Ergebnis stimmt die analytische Herleitung sehr gut mit der linearen 2D-FEM Berechnung überein. Die Dehnungsmessungen bestätigen ebenfalls qualitativ sowie im Rahmen der Messunsicherheiten auch quantitativ das Ergebnis. Das Versagensmodell nach PUCK be-stimmt, je nach Laminataufbau, die Festigkeit mit einer Abweichung von 2 % bis 30 % und teilweise abweichende Schadensursachen, sodass ein Versuch zur Biegefestigkeitsbeurtei-lung multidirektionaler Laminate derzeit notwendig ist. Abschließend wird festgestellt, dass der Vier-Punkt-Biegeversuch ohne Einwände zur Fest-stellung der Biegefestigkeit an den erstellten Proben geeignet ist. Die Biegefestigkeit kann aus den Messdaten bestimmt werden und das Bauteilversagen setzt reproduzierbar sowie ausschließlich im Bereich der Krümmung Winkels ein.