Bewertung der Eignung des Iosipescu-Schubversuchs zur Bestimmung 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 Span-nungs-Dehnungs-Kurven schon vor Versagenseintritt nichtlinear verlaufen. Zur Bestim-mung 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 be-werten. 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.