Untersuchung des Versagenskriteriums des prozentualen Eigenfrequenzabfalls von thermoplastischen CF PEEK Faserverbundproben im dynamischen Dauerfestigkeitsversuch (Masterarbeit)

Abstract

Auf dem Gebiet der Luft und Raumfahrt stellt die Strategie des Leichtbaus schon immer eine tragende Säule des Entwicklungsprozesses dar. So findet insbesondere Werkstoffleichtbau durch den Einsatz von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in einer stetig wachsenden Anzahl von Bereichen Anwendung. Im Hinblick auf ermüdungskritische CFK Bauteile unter hochfrequenten dynamischen Belastungen sind die Möglichkeiten der Versagensvorhersage bisher begrenzt. In vorangegangenen Untersuchungen hat sich hier die Betrachtung des Eigenfrequenzabfalls aufgrund von dynamischer Beanspruchung als zielführend erwiesen. So sind grundlegende Grenzwerte des prozentualen Frequenzabfalls von 1% und 5% definiert worden, die im Rahmen dieser Arbeit weitergehend untersucht und beurteilt werden. Dazu wird ein umfassendes Prüfprogramm aufgestellt und eine Anzahl von Proben gezielt bis zum Erreichen der definierten Werte des Frequenzabfalls belastet. Die Entwicklung der auftretenden dynamischen Schädigungen wird sowohl zerstörungsfrei durch Ultraschallprüfungen und hochauflösende Computertomographie als auch durch zerstörende mikroskopische Untersuchungen detektiert und charakterisiert. Zudem werden statische Versuche durchgeführt und Werte der Restfestigkeit sowie Reststeifigkeit nach der initialen dynamischen Wechselbelastung ermittelt. Die Ergebnisse zeigen keinen Einfluss des Frequenzabfalls auf die Festigkeit, allerdings ein Absinken der Steifigkeit ab dem Grenzwert von 5%. Die gewonnenen Erkenntnisse zur Schadensentwicklung sowie deren Einflüsse auf die mechanischen Kennwerte werden anschließend zusammengeführt. So wird der 1% Grenzwert des Frequenzabfalls zuletzt als unkritisch eingestuft und die Versagensgrenze auf einen Wert im Bereich zwischen 1% und 5% eingegrenzt.