Numerische und experimentelle Untersuchungen zum anisotropen Kriechverhalten von oxidkeramischen Faserverbundwerkstoffen

Abstract

WHIPOX, ein Faserverbundwerkstoff aus Aluminiumoxid-Fasern und Matrix, stellt ein vielversprechendes Material für Hochtemperaturanwendungen in oxidierender Atmosphäre dar. Die Kombination aus Endlosfasern und hochporöser Matrix sorgt dabei für eine hohe Schadenstoleranz. Im Vergleich zu nichtoxidischen keramischen Verbundwerkstoffen besteht bei WHIPOX der Nachteil einer verhältnismäßig geringen Kriechbeständigkeit, weshalb das zeitabhängige Verformungsverhalten bei hohen Temperaturen gesondert zu betrachten ist. Aufgrund der Faserarchitektur verformt sich der Verbundwerkstoff zusätzlich anisotrop, was eine experimentelle Untersuchung und numerische Beschreibung zu einer Herausforderung macht. Im Vortrag werden experimentelle Ergebnisse von unidirektionalem Material unter Zug, Druck und Biegung zusammengefasst. Dabei liegt der Fokus auf der Beeinflussung der Kriechrate durch Faserorientierung, Spannung und Temperatur. Um das Kriechen numerisch fassbar zu machen, werden zwei unterschiedliche Ansätze vorgestellt: Auf der Mesoebene wird ein anisotropes Materialmodell nach Hill getestet, das -soweit möglich- über eine Subroutine auf die Eigenheiten von WHIPOX angepasst wird. Auf der Mikroebene liefern Einheitszellen einen tiefergehenden Einblick in Faser-Matrix-Wechselwirkungen und Verformungsverhalten.