Ermittlung der elastischen Eigenschaften gewickelter oxidischer Faserverbundkeramiken

Kurzfassung

Komplexe keramische Faserverbundbauteile werden insbesondere dann über den Wickelprozess hergestellt, wenn eine belastungsorientierte Faserausrichtung von besonderer Bedeutung ist. Da im Herstellungsprozess der Wickelwinkel in beliebiger Richtung (von 0° bis 180°) eingestellt werden kann, ist es für die Auslegung von Bauteilen wichtig, die elastischen Eigenschaften der keramischen Verbundwerkstoffen als eine Funktion vom Wickelwinkel ermitteln und auswerten zu können. Am Beispiel eines oxidischen Verbundwerkstoffs (wound highly porous oxide ceramic matrix composite – WHIPOX) wird die Inverse Laminattheorie (ILT) zur Bestimmung der elastischen Eigenschaften E-Modul, Schermodul und Querkontraktionszahl angewandt, um die Wirkung des Wickelwinkels vorherzusagen, Hierfür werden die Eigenschaften einer äquivalenten unidirektionalen Schicht (UD-Schicht) unter Berücksichtigung von Faservolumengehalt (FVG), Porosität (e´) und Mikrorißstrukturen berechnet. Die vollständige Erfassung der Materialeigenschaften bei unterschiedlichen Wickelwinkeln bzw. Faserorientierungen erfolgt über in-plane Zug- und Iosipescu-Scherversuche. Die Versuche dienen auch der Validierung des analytischen Modells und zeigen eine gute Korrelation zwischen Experiment und den über analytischen Ansatz ermittelten Ergebnissen.