Bewertung der Eignung des Iosipescu-Schubversuchs zur Be-stimmung von Schubkennwerten von Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden

Abstract

Ziel der Arbeit: Bei der Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) stellt das Schubverhalten einen besonderen Aspekt dar, da die Spannungs-Dehnungs-Kurven schon vor Versagenseintritt nichtlinear verlaufen. Zur Bestimmung der Schubkennwerte von FKV existiert eine Vielzahl an Versuchen, die sich z.T. stark in ihrem Aufwand, sowie ihrer Ergebnisgüte unterscheiden. Ziel dieser Arbeit ist es, die Eignung des Iosipescu-Schubversuchs (engl.: V-notch shear beam method, ASTM D 5379) zur Ermittlung von Schubkennwerten von Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden (CFK) auf Grundlage von Versuchsergebnissen und Finite-Elemente-Analysen zu bewerten. Lösungsweg: Zu diesem Zweck wird der Spannungszustand im Prüfquerschnitt der standardisierten Probekörper mit unidirektionalem 0°- und 90°-Lagenaufbau, sowie eines Probekörpers mit modifizierter Kerbgeometrie untersucht. Dazu wird ein Materialmodell erstellt, das den nichtlinearen Schubspannungs-Schubgleitungs-Zusammenhang berücksichtigt. Zentrale Ergebnisse: Die Ergebnisse der FE-Analyse zeigen, dass die Probekörper in einem homogen, schubdominanten Spannungszustand versagen. Dennoch treten nicht zu vernachlässi-gende Normalspannungen inner- und außerhalb des Prüfquerschnitts auf. Die faser-senkrechten Spannungen führen zu Zwischenfaserbruch (ZFB) außerhalb des Prüf-querschnitts und zu Lastabfällen in der Last-Verschiebungs-Kurve.