Versagensverhalten langfaserverstärkter Verbundwerkstoffe

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Schadenstolerantes Verhalten von Verbundwerkstoffen

Generell zeigen die Carbon/Carbon-Verbundwerkstoffe mit poröser Matrix ein nicht sprödes, quasiduktiles Verhalten mit stark orientierungsabhängigen mechanischen Eigenschaften. Aufgrund ihrer niedrigen Steifigkeit und Festigkeit trägt die Matrix nur einen geringen Anteil der mechanischen Belastung. Dies resultiert typischerweise in einer nichtlinearen Verformung und niedrigen Scherfestigkeit des Verbundwerkstoffs.

Die poröse Matrix ist aber dennoch entscheidend für das schadenstolerante Materialverhalten verantwortlich. Wie bei dem untersuchten Verbundwerkstoff gezeigt, haben Spannungskonzentrationen, wie sie bei Einkerbungen oder Löchern auftreten, keine Auswirkung auf die Materialfestigkeit. Aufgrund der extrem niedrigen Schersteifigkeit und -festigkeit werden Spannungsspitzen durch Zerstörung der Matrix abgebaut und auf einen größeren Volumenbereich verteilt.

Die Bildung von Rissen in der Matrix ist also die entscheidende Voraussetzung für eine Kerbunempfindlichkeit und ein schadenstolerantes Verhalten des Werkstoffs.

Literatur

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