Charakterisierung hybrider Laminate und numerische Analyse des Einflusses der Interface-Topografie bei Alterung und mechanischer Belastung

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Mehrschicht-Verbunde aus Titan und kohlenstofffaserverstärktem PEEK haben ein hohes Potential im strukturellen Leichtbau, weisen jedoch im derzeitigen Entwicklungsstadium Schwächen in der Langzeitstabilität der Polymer-Metall-Grenzfläche auf. Die Integrität der Grenzfläche wird durch ein Zusammenspiel zwischen der Grenzflächenchemie und – topographie bestimmt. Im hier beantragten Vorhaben wird mittels numerischer und experimenteller Methoden eine Grenzflächentopographie entwickelt, die unter mechanischer Beanspruchung (quasistatisch und zyklisch) und Alterungsbedingungen ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Verklammerungseffekten und rauhigkeitsinduzierten Spannungsspitzen aufweist. Die für den Verbund Ti/CF-PEEK zu entwickelnden parametrisierten Werkstoffmodelle können leicht auf andere Verbunde wie dem ebenfalls im 3HSL-Vorhaben zu entwickelnden Al/CF-PA-Verbund übertragen werden. Die bei den Projektpartnern ausgeführten Verbunde und speziell die Grenzflächenbereiche werden in mechanischen Versuchen und unter Alterungsbedingungen charakterisiert und auf Grundlage dieser Daten modelliert. Werkstoffverbunde mit Grenzflächentopografien, die aufgrund der numerischen Untersuchungen ein günstiges Schädigungsverhalten aufweisen sollten, werden von den Projektpartnern hergestellt. An diesen Verbunden werden die Vorhersagen experimentell validiert.