Bauteillebensdauer Auch Faser-Kunststoff-Verbunde ermüden

Wie Metalle können auch Faser-Kunststoff-Verbunde ermüden. Sie ermüden jedoch anders, weshalb die klassische Vorgehensweise mit Spannungsamplitude, Mittelspannung, Wöhlerkurven nur bei Bauteilüberdimensionierung hilfreich ist. Die Fachtagung Carbon Composites 2012 offenbart einen großen Handlungsbedarf.

Anbieter zum Thema

Renishaw GmbH

Franke GmbH

isel Germany GmbH

Carbon Composites e.V.

Bauteile aus Faser-Kunststoff-Verbunden, zum Beispiel Hochleistungslaminate mit unidirektionaler Faserorientierung (UD-Laminate), werden in der Regel statisch ausgelegt. Wie die Erfahrung zeigt, erspart dies einen Lebensdauernachweis. Voraussetzung dafür ist die Einhaltung einer Grenzdehnung von etwa 0,3 % bei statischer Bauteilauslegung.

Erlaubter Testaufwand ist begrenzt

Diese Festlegung schränkt jedoch zum einen die Ausnutzung des Leichtbaupotenzials von UD-Laminaten ein. Zum anderen werden Textilien mit Ondulationen (wellenartiger Faserverlauf), zum Beispiel Gewebe, vom Leichtbau mehr oder weniger ausgeschlossen. Somit besteht ein dringender Forschungsbedarf bezüglich der Modellierung des Ermüdungsverhaltens, wie Prof. Ralf Cuntze, Leiter der Arbeitsgruppe Engineering bei der Carbon Composites e.V. (CCeV), Augsburg, meint: Der erlaubte Testaufwand sei begrenzt, ohne praxisgerechte mathematische Modelle seien Testergebnisse zudem nicht richtig bewertbar.

Auf der Fachtagung Carbon Composites 2012 deckt Cuntze in seinem Vortrag die Schwachstellen der Lebensdauer beurteilung bei Faser-Kunststoff-Verbund auf und zeigt die Tendenz bei der Entwicklung aktueller Modellierungsansätze in Deutschland.

Bei statischer Dehngrenze unter 0,4 % für Zugbeanspruchung ist Ermüdung unproblematisch

Eine Zertifizierung erfordert unter anderem sowohl die Vorlage eines statischen Nachweises als auch eines Lebensdauernachweises (zyklischer oder Betriebsfestigkeitsnachweis) des Strukturbauteils (Bild 1). Prinzipiell kann man den Lebensdauernachweis analog zum statischen Nachweis als

• MoS_Leben = prognostizierte Lebensdauer/(j_Leben × Bauteillebensdauer) – 1 ≥ 0

formulieren mit MoS als Sicherheitsmarge und j als Sicherheitsfaktor (j > 3). Als Faser-Kunststoffe-Verbunde (FKV) stehen dabei Laminate mit UD-Faser- oder textilen Lagen im Fokus. Des Weiteren geht Cuntze in seinem Vortrag aus Zeitgründen auf Einflüsse von Kerben und Delamination nur kurz ein. Einflüsse von Feuchtigkeit und Temperatur auf die Bauteillebensdauer werden nicht behandelt.

(ID:36505830)