Untersuchung analytischer Methoden zur Bestimmung der Spannungsverteilung in Faserverbundstrukturen mit einer kreisrunden Aussparung unter Zugbelastung

Abstract

Viele Bauteile enthalten Aussparungen deren Funktionen vielfältig sein können. Diese Aussparungen stellen kritische Bereiche dar, in denen es aufgrund des Kerbeffektes zu Spannungsüberhöhungen kommt. Für eine Vorauslegung der Struktur ist deshalb die Kenntnis der Spannungsverteilung in der Umgebung der Aussparung von großer Relevanz. In dieser Arbeit werden analytische Methoden zur Berechnung der Spannungsverteilung vorgestellt. In einer anschließenden Parameterstudie werden Einflussfaktoren analysiert und deren Wirkung auf die Spannungsverteilung untersucht. Es werden sowohl die Spannungen in einem Querschnitt, als auch in Kreisen um den Bohrungsmittelpunkt betrachtet. Zur Validierung der theoretischen Ergebnisse werden Versuche durchgeführt, deren Ergebnisse mit den analytischen Vorhersagen verglichen werden. Dies erfolgt sowohl in den Querschnitten und den Kreisen sowie für die gesamte Platte in einer zweidimensionalen Betrachtung. Aus der Parameterstudie folgt die Erkenntnis, dass die äußere Belastung die Intensität der Spannungsüberhöhungen im gesamten Laminat beeinflusst, während der Bohrungsdurchmesser den Gradient bestimmt, sodass es bei zunehmendem Bohrungsdurchmesser zu geringeren Spannungsabnahmen kommt. Aus dem qualitativen Vergleich der zweidimensionalen Verteilungen stellt sich die Methode von Soutis und Filiou als die Genauste der Untersuchten heraus.