Numerische Simulation des Peel-Off-Versuches

Abstract

Das Versagen von Faserkunststoffverbunden beginnt an der Grenzfläche (Interface) zwischen Faser und Matrix. Zur Untersuchung des Interfaces eignen sich Einzelfaserversuche. Primärer Bestandteil dieser Arbeit ist der Einzelfaser Peel-Off-Versuch. Dort ist die Faser halbseitig in einer Matrix eingebettet und wird mit einem definierten Peel-Off-Winkel von der Matrix geschält. Der Versuch wird mit der Finiten Elemente Methode simuliert, wobei kein Rissfortschritt betrachtet wird. Es wird der Einfluss des Peel-Off-Winkels auf die möglichen Bruchmodi am Interface untersucht. Mittels der Energiefreisetzungsraten und der vorherrschenden Spannungskomponenten wird auf diese Bruchmodi geschlossen. Aufgrund des singulären Spannungsfeldes im Bereich der Faserablösung lässt sich mit der Spannungsauswertung der Einfluss des Peel-Off-Winkels nicht erfassen. Die Auswertung der Energiefreisetzungsraten stellt sich als zielführender heraus. Die Simulationsergebnisse werden mit den Versuchsergebnissen der Bundesanstalt für Materialforschung und Materialprüfung verglichen. Es stellt sich heraus: Der qualitative Verlauf der Energiefreisetzungsraten aus der Simulation für den Einfluss des Bruchmodus I in Abhängigkeit des Peel-Off-Winkels stimmt mit den Versuchsergebnissen überein – für den Einfluss des Bruchmodus II nicht. Als mögliche Ursache für diese Diskrepanz wird die unterschiedliche Materialauswahl in Versuch und Simulation sowie die fehlende Berücksichtigung des Rissfortschritts im Modell identifiziert. Des Weiteren wird der Peel-Off-Versuch mit einem Peel-Off-Winkel von 0◦ mit dem Pull-Out-Versuch verglichen. Der Vergleich führt zu dem Ergebnis: Bei beiden Versuchen dominiert vor der Rissausbreitung der Bruchmodus I. Es stellt sich heraus, dass sich mit fortschreitendem Riss das Verhältnis der Bruchmodi ändert.