Steigerung der Lochleibungsfestigkeiten in CFK-Prepregs durch örtliche thermoplastische Faser-Verstärkungen

Hefft, L.; Ziegmann, Gerhard GND

Leichtbaukonzepte sind vor allem im Transport- und Mobilitätssektor eine wichtige Triebfeder zur Erreichung aktueller Klima- und Energieziele, da sie sich aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften bei geringem Gewicht gegenüber klassischen Kon-struktionswerkstoffen auszeichnen. Das Fügen großer Bauteilstrukturen erfolgt jedoch meist mit klassischen Verfahren wie dem Nieten oder durch Schraubverbindungen. Die dafür notwendigen Bohrungen weisen jedoch eine sehr hohe Kerbwirkung auf und die Störung des Faserverlaufes bzw. die Schädigung der Fasern durch den Bohrprozess sind extrem schädlich. Aus diesem Grund werden in dieser Arbeit lokale Verstärkungen für Bohrungen entworfen und hinsichtlich der Verbesserung der Lochleibungsfestigkeit hin untersucht. Dazu werden im ersten Teil der Arbeit verschiedene FE-Simulationen durchgeführt, um ein exaktes Verständnis über den Wirkmechanismus zu bekommen und die Form der Verstärkungen festzulegen. Der zweite Teil der Arbeit widmet sich der experimentellen Untersuchung der Verstärkungen im quasi-statischen Lastfall und unter dynamischen Belastungen bei einem Spannungsverhältnis von R = 0. Als Material wird ein unidirektionales Kohlenstofffaser-Prepreg auf Epoxidharzbasis gewählt und ein biaxialer [90°0°90°0°̅⁄⁄⁄]S Lagenaufbau. Die Verstärkungen weisen eine u-förmige Kontur auf und werden aus CF-Endlosfasern und PEI als Matrix herge-stellt, sodass sie keiner eingeschränkten Lagerzeit unterliegen. Eine Verbindung von duromeren und thermoplastischen Kunststoffen ist unter dem Begriff Semi-Interpenet-rating Polymer Networks bekannt, eine gute Anbindung ist grundsätzlich möglich. Sowohl die quasi-statischen als auch die dynamischen Tests zeigen eine Verbesserung der Lochleibungsfestigkeiten durch die entwickelten Verstärkungen. Im statischen Last-fall kann eine Steigerung um circa 8 % erreicht werden, im dynamischen -abhängig vom Lasthorizont- eine Steigerung um das Siebenfache.

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Hefft, L. / Ziegmann, Gerhard: Steigerung der Lochleibungsfestigkeiten in CFK-Prepregs durch örtliche thermoplastische Faser-Verstärkungen. Aachen 2019. Shaker.

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