Untersuchungen von einschnittigen Klebeverbindungen unter Impactbelastungen
- Art: Diplomarbeit
- Autor: Oliver Schöpe
- Abgabedatum: August 1999
- Umfang: 121 Seiten
- Dateigröße: 4,6 MB
- Note: 1,3
- Institution / Hochschule: Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (RWTH) Deutschland
- ISBN (eBook): 978-3-8324-2685-9
-
ISBN (Paperback) :
978-3-8324-2685-9 P - ISBN (CD) :978-3-8324-2685-9 CD
- Sprache: Deutsch
- Prämierung:
- Arbeit zitieren: Schöpe, Oliver August 1999: Untersuchungen von einschnittigen Klebeverbindungen unter Impactbelastungen, Hamburg: Diplomica Verlag
- Schlagworte: Delamination, Impact, Fiuite Elemente Berechnung, Faserverbundwerkstoffe, Stossbelastung
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Diplomarbeit von Oliver Schöpe
Einleitung:
Eine der kritischsten Schadensarten in Verbundwerkstoffen ist der Stoß- bzw. Impactschaden z.B. durch Stein- oder Vogelschlag. Aufgrund von entstehenden Delaminationen kann die Druckfestigkeit der geschädigten Strukturen erheblich abnehmen. Für den erfolgreichen Einsatz von Verbundwerkstoffen ist es deshalb erforderlich, den Einfluss von Impactschädigungen auf die Restfestigkeit und Reststeifigkeit abschätzen zu können.
Gang der Untersuchung:
Im ersten Teil der Diplomarbeit wird der Stand der Forschung zum Impactverhalten von Faserverbundwerkstoffen dargelegt. Anhand von Literaturveröffentlichungen werden analytisch / numerische und experimentelle Untersuchungen erläutert.
Im zweiten Teil der Arbeit werden einschnittige Klebeverbindungen mit isotropen Gurten unter einer Impactbelastung berechnet. Als Berechnungsmethoden werden eine analytische Berechnung auf Basis der Zweigurtscheibe nach Bansemir mit Hilfe eines vorhandenen, für den Lastfall modifizierten Fortran-Programmes, FEM-Rechnungen (MARC / PERMAS) und Versagenskriterien verwendet.
Die Konfiguration wird als Vorstufe eines Faserverbundes angesehen, wobei die Isotropie der Gurte zu einer Vereinfachung der Berechnung beiträgt. Betrachtet wird dabei der Verlauf der einzelnen Kräfte, Verschiebungen und Spannungen während der Belastung, mit dem Ziel, die für die Delaminationen in Faserverbundwerkstoffen ausschlaggebenden Spannungen bzw. Spannungskombinationen zu ermitteln. Mit verschiedenen Festigkeitskriterien werden die Ergebnisse bewertet, so dass sie den Bruch der Proben möglichst gut erfassen. Letztendlich ist es das Ziel, ein physikalisch mechanisches Verständnis für die Spannungsausbreitung und für die die Delaminationen bewirkenden Spannungen zu entwickeln, so dass später evtl. eine Vorhersage über Delaminationen gemacht werden kann.
Abschließend erfolgt eine Zusammenfassung der Ergebnisse und eine kritische Diskussion.
Inhaltsverzeichnis:
| 1. | Einleitung | 6 |
| 2. | Impact bei Faserverbundwerkstoffen | 8 |
| 2.1 | Faserverbundwerkstoffe, Stand der Technik | 8 |
| 2.2 | Das Auftreten von Impactbelastungen | 11 |
| 2.2.1 | Simulierte Impactbelastungen in Versuchen | 13 |
| 2.3 | Folgen von Impactbelastungen | 14 |
| 2.3.1 | Einfluss der Impactgeschwindigkeit | 17 |
| 2.4 | Die Erkennung von Impactschäden und Prüfung von Bauteilen | 19 |
| 2.4.1 | Sichtkontrolle und Klopftest | 20 |
| 2.4.2 | Radiologische Verfahren | 20 |
| 2.4.3 | Akustische Verfahren | 22 |
| 2.5 | Maßnahmen zur Verbesserung des Impactverhaltens von Faserverbundwerkstoffen | 24 |
| 2.5.1 | Veränderte Lagenorientierung | 25 |
| 2.5.2 | Interleafes und Hybridisierung | 26 |
| 2.5.3 | Dreidimensionale textile Verstärkungshalbzeuge | 27 |
| 2.5.4 | Z-Fiber | 28 |
| 3. | Berechnungsverfahren | 30 |
| 3.1 | Generelle Beschreibung der zu berechnenden Konfiguration | 30 |
| 3.2 | Bruchmechanismen von Faserverbundwerkstoffen unter Impactbelastungen | 31 |
| 3.3 | Versagenskriterien | 34 |
| 3.3.1 | Gestaltänderungsenergie-Hypothese (Vergleichsspannung nach Mises) | 36 |
| 3.3.2 | Einzelschicht-Festigkeitskriterium von Puck | 37 |
| 3.3.3 | Verbessertes Zwischenfaserbruch-Kriterium nach Puck | 40 |
| 4. | Berechnung einer einschnittigen Klebeverbindung mit dem Übertragungsmatrizenverfahren für die Zweigurtscheibe | 45 |
| 4.1 | Scheibenbeziehungen | 46 |
| 4.2 | Gurtbeziehungen | 49 |
| 4.3 | Herleitung der Differentialmatrix für die Zweigurtscheibe | 51 |
| 4.4 | Bestimmung der Übertragungsmatrix durch Lösung des Differentialgleichungssystems | 53 |
| 4.5 | Analytische Berechnung der Längsspannungen sx an den Grenzflächen Gurt-Kleber | 56 |
| 4.6 | Ergebnisse der analytischen Rechnung | 58 |
| 5. | Berechnung einer einschnittigen Klebeverbindung mit der Methode der finiten Elemente | 69 |
| 5.1 | Das zunächst verwendete Gittermodell | 74 |
| 5.2 | Berechnungen mit dem FE-Programm MARC | 75 |
| 5.2.1 | Berechnungen mit groben Gittermodell und dem Elementtyp 3 (plane stress) | 75 |
| 5.2.2 | Berechnungen mit dem groben Gittermodell und dem Elementtyp 11 (plane strain) | 80 |
| 5.2.3 | Berechnungen mit dem groben Gittermodell und dem Elementtyp 75 | 80 |
| 5.2.4 | Berechnungen mit dem groben Gittermodell und dem Elementtyp 26 | 80 |
| 5.2.5 | Weitere Berechnungen mit einem feineren Gittermodell | 81 |
| 5.2.6 | Berechnungen mit dem feinen Gittermodell und dem Elementtyp 3 (plane stress) | 82 |
| 5.3 | Berechnungen mit dem FE-Programm PERMAS | 99 |
| 5.3.1 | Das FE-Programm PERMAS | 99 |
| 5.3.2 | Verwendeter Elementtyp | 101 |
| 5.3.3 | Ergebnisse aus der FE-Rechnung mit PERMAS | 101 |
| 6. | Zusammenfassung und Ausblick | 103 |
| 7. | Literaturverzeichnis | 105 |
| 8. | Anhang | 111 |
| 8.1 | Beispiel einer Eingabedatei des Programms „KLEVER“ | 111 |
| 8.2 | Beispiel einer Ausgabedatei des Programms „KLEVER“ | 112 |
| 8.3 | Beispiel einer PERMAS *.dat-Datei | 113 |
| 8.4 | Beispiel einer PERMAS *.uci-Datei | 115 |
| 8.5 | Beispiel einer PERMAS *.res-Datei | 115 |
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Link zur Arbeit:
http://www.diplom.de/ean/9783832426859
Arbeit zitieren:
Schöpe, Oliver August 1999: Untersuchungen von einschnittigen Klebeverbindungen unter Impactbelastungen, Hamburg: Diplomica Verlag
Schlagworte:
Delamination, Impact, Fiuite Elemente Berechnung, Faserverbundwerkstoffe, Stossbelastung
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