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Vortrag

Ermüdungsverhalten multifunktionaler Metallfaser und C-Faserverstärkter Kunststoffe (MCFK) und Potentiale zur Schädigungsüberwachung

Mittwoch (18.04.2018)
17:00 - 17:20 Uhr

17:00 - 17:20 Uhr

Ermüdungsverhalten multifunktionaler Metallfaser und C-Faserverstärkter Kunststoffe (MCFK) und Potentiale zur Schädigungsüberwachung

 

S. Backe, F. Balle

 

Aufgrund ihrer sehr hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten substituieren faserverstärkte Kunststoffe (FVK) zunehmend monolithische metallische Konzepte im Bereich der Luftfahrt. Die modernsten zivilen Beispiele Airbus A350 und Boeing 787 bestehen bereits zu über 50 Ma.-% aus FVK [1]. Neben den mechanischen Vorteilen durch die Substitution metallischer Strukturen limitieren aktuell noch die geringe elektrische Leitfähigkeit sowie ein sprödes Versagensverhalten das Leichtbaupotential von CFK-Strukturen.

Durch die Hybridisierung konventioneller CFK-Laminate soll diese Problematik gelöst werden. Ein neuartiger Verbundwerkstoff bestehend aus einer duroplastischen Polymermatrix verstärkt mit Kohlenstofffasern und metastabilen austenitischen Stahlfasern hat bereits anhand unidirektionaler Laminate deutliche Potentiale bei der Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit sowie des Energieabsorptionsvermögens gezeigt [2].

Primäre lasttragende Strukturen sind während ihrer Einsatzzeit zyklischen Beanspruchungen ausgesetzt. Um die Auswirkungen der zusätzlichen Stahlfaserverstärkung auf die zyklischen Ermüdungseigenschaften konventioneller CFK-Laminate zu untersuchen, werden zyklische Laststeigerungsversuche, Einstufenversuche und unterbrochene Einstufenversuche an multidirektionalen Laminatstrukturen durchgeführt. Die Versuche werden auf einem servohydraulischen Schwingprüfsystem bei einer Frequenz von 5 Hz und einem Lastverhältnis von R=0,1 bis zu einer Grenzlastspielzahl von N = 2x10^6 durchgeführt. Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen werden zur Charakterisierung des Schädigungsverhaltens genutzt. Ferner wird die verformungsinduzierte Phasenumwandlung der metastabilen Stahlfasern von paramagnetischem Austenit zu ferromagnetischem Martensit genutzt um mittels magnetinduktiver Messmethodik fortschreitende Schädigungsprozesse mit dem magnetischen Volumenanteil der Stahlfaserverstärkung zu korrelieren und so Potentiale zur zukünftigen Überwachung struktureller Bauteile aus MCFK aufzuzeigen.

 

[1] U.P. Breuer, Civil Aircraft Composite Technology, Springer, 1.Edition, 2016

[2] Backe, S., et al: Multifunctionality by embedded steel fibers for improved aircraft composites, Proceedings Young Researchers Symposium 2016, 21-26

Sprecher/Referent:
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Frank Balle
    Technische Universität Kaiserslautern