Vorhersage des dehnratenabhängigen Schädigungsverhaltens von endlosfaserverstärkten Kunststoffen unter fasersenkrechter Belastung

Müller, Jonas Maximilian; Dahlmann, Rainer; Hopmann, Christian

doi:42647

Vorhersage des dehnratenabhängigen Schädigungsverhaltens von endlosfaserverstärkten Kunststoffen unter fasersenkrechter Belastung = Prediction of the strain rate-dependent damage behaviour of continuous fibre reinforced plastics under fibre perpendicular loading

Müller, Jonas Maximilian^RWTH*

2023

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Jonas Maximilian Müller

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2023

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen, Diagramme

ReiheIKV-Berichte aus der Kunststoffverarbeitung ; 401

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Hopmann, Christian (Thesis advisor)^RWTH* ; Dahlmann, Rainer (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2023-08-03

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2023-10203
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/972495/files/972495.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung (417810)

Projekte

DFG project 404502442 - Experimentelle und numerische Untersuchung von geschichteten, faserverstärkten Kunststoffen bei Crash-Beanspruchungen (404502442) (404502442)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CFRP (frei) ; crash (frei) ; damage (frei) ; testing (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Zur Generierung von dehnratenabhängigen Verbundkennwerten von endlosfaserverstärkten Kunststoffen Bedarf es unter Verwendung von Multi-Skalen-Ansätzen geeigneter Prüf- und Modellierungsmethoden. In dieser Arbeit wurden quasi-statische Prüfmethoden erfolgreich auf den Fallturm zur Messung der mechanischen Eigenschaften unter fasersenkrechter Belastung übertragen sowie repräsentative Mikromodelle zur Berechnung der Verbundeigenschaften erstellt. Die Herausforderung im Rahmen der Prüfungen bestand in der Messung des lokal vorliegenden Spannungszustands aufgrund von Massenträgheit und überlagerten Schwingungen. Die Modellierung des Prüfaufbaus als Feder-Masse-Modell mit dehnratenunabhängigen Federsteifigkeiten zeigt, dass abgeleitete Materialkennwerte stark vom Prüfaufbau abhängen. Die Untersuchung zur Entwicklung repräsentativer Mikromodelle ergab, dass die Eigenschaften der Faser-Matrix-Grenzfläche die Verbundeigenschaften unter fasersenkrechter Zugbelastung maßgeblich beeinflussen. Zudem wurde erfolgreich gezeigt, dass das dehnratenabhängige Schädigungsverhalten des Verbunds durch Mikromodelle repräsentativ dargestellt werden kann.

Suitable testing and modelling methods are required to generate strain rate dependent composite properties of continuous fibre reinforced plastics using multi-scale approaches. In this work, quasi-static testing methods were successfully transferred to the drop tower to measure the mechanical properties under perpendicular loading and representative micromodels were created to calculate the composite properties. The challenge in the tests was to measure the local stress state due to inertia and superimposed vibrations. The modelling of the test setup as a spring-mass model with strain rate-independent spring stiffnesses shows that derived material properties strongly depend on the test setup. The investigation to develop representative micromodels revealed that the properties of the fibre-matrix interface significantly influence the composite properties under perpendicular tensile loading. In addition, it was successfully shown that the strain rate-dependent damage behaviour of the composite can be represented by micro models.

OpenAccess:
PDF
(zusätzliche Dateien)