Untersuchung der Ermüdung von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen durch Mikroschädigung und deren Auswirkungen auf die Einzelschichtfestigkeiten bei sehr hohen Schwingspielzahlen (TP 1)

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Ziel der beantragten Forschungsarbeiten ist die Untersuchung der Ermüdung von faserverstärkten Kunststoffen durch Mikroschädigungen und deren Auswirkungen auf die Einzelschichtfestigkeiten bei sehr hohen Schwingspielzahlen. Vorangegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass es bei statischen, aber auch bei schwingenden Beanspruchungszuständen zur Ausbildung von Mikroschädigungen in den Einzelschichten des Laminats kommt, lange bevor makroskopische Versagensformen wie Faserbruch und Zwischenfaserbruch auftreten. Eine systematische Untersuchung der Einflussgrößen und Auswirkungen der Mikroschädigungsakkumulation auf die Festigkeitsgrenzen insbesondere bei in realen Bauteilen zumeist vorherrschenden mehrachsigen Schichtspannungszuständen steht bis heute jedoch aus. Nur wenn diese richtig verstanden werden, kann die Grenze zur unendlichen Lebensdauer sicher und zuverlässig abgeschätzt werden. Diese Diskrepanz zwischen dem Wissen über die mikromechanischen Vorgänge und der in der Anwendung verbreiteten Versagensanalyse soll im Rahmen der beantragten Arbeiten überbrückt werden, indem ein neues praxistaugliches, physikalisch begründetes Festigkeitskriterium entwickelt wird. Hierzu soll in einem ersten Schritt die Mikroschädigungsakkumulation bei mehrachsigen Schichtspannungszuständen untersucht und analytisch beschrieben werden. In einem zweiten Schritt sollen die Auswirkungen der Mikroschädigungen auf die Festigkeitsgrenzen erfasst und modellhaft beschrieben werden. Als zerstörungsfreies und ortsaufgelöstes Messsystem zur Quantifizierung der Mikroschädigungen in den einzelnen Schichten soll die an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) entwickelte Röntgenrefraktionstopographie zum Einsatz kommen, mit der Mikrorisse im μm-Maßstab aufgelöst werden können.