Entwicklung einer experimentellen und numerischen Methodik zur Erfassung des Verformungs- und Versagensverhaltens neuartiger Hochmodul-Garnstrukturen

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Im Rahmen des gemeinsamen Forschungsvorhabens des LBB und des ITA (beide RWTH Aachen) sollen numerische und experimentelle Ansätze zur mikromechanischen Charakterisierung der neuartigen Hochmodul-Garnstrukturen (HMG) entwickelt werden. Der Bedarf an einer vertieften Beschreibung der HMG wird durch die neuartige Anwendung als Bewehrung in zementartigen Verbundwerkstoffen hervorgerufen. Im Gegensatz zu bisherigen Anwendungen in FVK muss hier das Garn auch im gerissenen Zustand der Matrix die notwendige Leistung aufweisen. Die Verbindung der Garne mit einer quasi-spröden Matrix stellt qualitativ neue, komplexere Anforderungen an das Garnverhalten und erfordert eine detaillierte Kenntnis der lokalen Trag- und Versagensmechanismen in unterschiedlichen Garnstrukturen wie in cablierten Garnen, Friktionsspinnhybridgarnen, gezwirnten Garnen, verwirbelten Garnen und getränkten Garnen. Der grundsätzliche Unterschied zu bisherigen Anwendungen liegt darin, dass das Garn je nach Lage der Filamente sowohl in extrem kurzen (im Rissbereich) als auch in extrem langen wirksamen Längen (im Inneren des Garns) beansprucht wird. Die Versagensvorgänge im Garn und deren Interaktionen, insbesondere bei kurzen wirksamen Längen mit eintretenden Spannungskonzentrationen (Risse und Umlenkstellen), sind bislang nicht ausreichend beschrieben. Die Tatsache, dass für trockene Garne zurzeit noch keine geeigneten experimentellen und numerischen Methoden zur Verfügung stehen, verhindert eine gezielte Auswahl existierender Garnmaterialien und eine Entwicklung neuer Garnstrukturen für die Anwendung in Verbundwerkstoffen mit quasi-duktilem Verhalten. In diesem Projekt soll eine neue Methodik zur systematischen Bestimmung der statistischen und mikromechanischen Charakteristika von Hochmodul-Garnstrukturen formuliert und eingesetzt werden mit dem Ziel, Aussagen über die Verwendbarkeit im Bauteil treffen zu können.