Prüftechnik für FVK Neuer Computertomograf optimiert FVK-Analyse

Zum Verständnis von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) ist das Wissen über Schadensbeginn und -entwicklung für Konstrukteure von CFK- oder GFK-Komponenten besonders wichtig. Die In-situ-Computertomografie könnte nun viele offene Fragen zum Verhalten von FVK beantworten.

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TU Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Die Entwicklung realistischer Schädigungs- und Versagensmodelle für faserverstärkte Verbundwerkstoffe (FVW) erfordert ein vertieftes Verständnis über die Schädigungsinitiierung und das Schädigungswachstum sowie eine Klassifizierung der auftretenden Schädigungsmechanismen in Abhängigkeit des Beanspruchungszustandes, wie die Forscher am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) erklären. Insbesondere für opake endlosfaser- und textilverstärkte Verbundwerkstoffe seien Standardverfahren wie eine rein visuelle Sichtprüfung oder Rissdichte-Analysen nicht zielführend. Die Computertomografie (CT) bietet in diesem Rahmen jedoch deutlich mehr Möglichkeiten zur phänomenologischen Schädigungsanalyse von FVW, heißt es weiter.

Neuartiger In-situ-CT-Prüfkomplex installiert

Deshalb wurde am ILK ein neuartiger In-situ-CT-Prüfkomplex installiert, mit dem erstmals die Erstellung von In-situ-Tomogrammen von Probekörpern sowie Strukturkomponenten unter gleichzeitiger mehrachsiger Belastung ermöglicht wird. Der, wie es heißt, weltweit einzigartige Prüfkomplex besteht aus einer Zug/Druck-Torsions-Prüfmaschine (F_max = 250 kN, Mt_max = 2000 Nm) und einem Computertomografen mit einer 160 kV-Mikrofokusröhre mit Wolfram-Target. Die maximale Auflösung betrage 1 µm und erlaube ‒ bei überlagerter Belastung ‒ die Untersuchung von Prüfkörpern und Strukturkomponenten auf Mikroebene.

Der In-situ-Prüfkomplex bietet laut ILK im Rahmen der Verifizierung von Degradationsmodellen für Faserverbundwerkstoffe völlig neue Möglichkeiten zur exakten Korrelationserkennung einzelner Schädigungsvorgänge und -mechanismen mittels nichtlinearer Steifigkeitsdegradation.

Bislang bestehende Nachteile der klassischen tomografiebasierten Schädigungsanalyse, wie etwa Spannungs-Dehnungs-Hystereseeffekte, Ungenauigkeiten durch Rissschließungsphänomene nach Entlastung sowie eine Schädigungsinduzierung und der experimentelle Aufwand durch wiederholtes Aus- und Einspannen der Probekörper, können mit dem neuartigen In-situ-CT-Prüfkomplex ausgeschlossen werden, so das ILK.

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