Bruchtypbezogene Schwingfestigkeitsanalyse von 3D-textilverstärkten Kunststoffverbunden unter Zug/Druck-Torsions-Belastung und überlagerter Temperatureinwirkung

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Die neuartige Verbundklasse der 3D-textilverstärkten Kunststoffe zeichnet sich durch eine gestreckte Fadenanordnung aus. Diese Textilverbunde sind aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten, ihrer geringen Delaminationsneigung sowie ihrer gezielt einstellbaren Dämpfungseigenschaften für den Einsatz in schwingend beanspruchten Leichtbaustrukturen der Verkehrstechnik sowie des allgemeinen Maschinenbaus geradezu prädestiniert. Für die Strukturauslegung bei dynamischer Belastung fehlen jedoch insbesondere gesicherte Kenntnisse über das Schwingfestigkeitsverhalten bei überlagerten Beanspruchungszuständen. Ziel des Vorhabens ist daher die grundlegende Charakterisierung des Schwingfestigkeitsverhaltens der neuartigen Textil-Verbundklasse bei Zug/Druck-Torsions- (Z/D-T-)Belastung und überlagerter Temperatureinwirkung am Beispiel von Duroplastverbunden mit Mehrlagengestrick- (MLG-)Verstärkung. Die geplanten Untersuchungen dienen zur Erarbeitung physikalisch begründeter Versagens- und Schädigungsmodelle auf Basis bruchtypbezogener Festigkeitskriterien als Grundlage für einen realistischen Schwingfestigkeitsnachweis. Hierzu ist aufgrund der bei MLG-Verbunden zu beobachtenden Bruchtypen zwischen den verschiedenartigen Normal- und Schubbrüchen zu unterscheiden. Im Vordergrund der umfangreichen experimentellen Arbeiten stehen daher Einstufenversuche mit – dem jeweiligen Bruchtyp gezielt zugeordneter – schwellender Belastungskombination. Die Schwingfestigkeitsversuche unter definiert überlagerten Spannungszuständen werden an textilverstärkten Rohrprobekörpern auf einer servohydraulischen Z/D-T-Prüfmaschine mit integrierter Temperaturkammer durchgeführt. Die ermittelten temperaturabhängigen Zeitfestigkeiten, Restfestigkeiten sowie Reststeifigkeiten dienen zur Erstellung entsprechender Entwurfskriterien und Festigkeitsschaubilder und bieten dem Berechnungsingenieur ein Handwerkszeug für die Auslegung 3D-textilverstärkter Kunststoffbauteile unter dynamischer Belastung.