T. Blümel, A. Krimmer, S. Thomas, A. Bardenhagen

In diesem Paper wird ein neues analytisch-stochastisches Materialmodell fur unidirektional verstarkte Faserkunststoffverbunde (FKV) vorgestellt. Dieses Modell beschreibt Faserondulationen mithilfe von stochastischen Verteilungsfunktionen (Faserorientierungsverteilungen) und ermoglicht somit die Untersuchung der Einflusse von Ondulationen auf die mechanischen Eigenschaften des FKV. Zur Beschreibung der Ondulationen in der Einzelschichtebene (in-plane) sowie in Dickenrichtung (out-of-plane) wird eine bivariate Normalverteilungsfunktion verwendet. Damit lassen sich alle Elastizitatseigenschaften der ondulierten Einzelschicht berechnen und die richtungsabhangigen Einflusse der Faserfehlorientierungen abbilden und analysieren. Aufbauend auf dieser Modellierung wird eine Methodik zur Festigkeitsanalyse beschrieben und verschiedene Versagensmechanismen bei Zug- und Druckbeanspruchung in Faserrichtung betrachtet und diskutiert. Dieses Modell liefert allein anhand der Komponenteneigenschaften von Glasfaser und Epoxid-Matrix realistische Festigkeits- und Elastizitatskennwerte fur den Verbund. Abschliesend wird ein Ausblick auf die geplante Modellvalidierung gegeben. Dazu sollen normgerechte Materialprufungen an Couponproben durchgefuhrt werden. Die Faserorientierungsverteilungen dieser Proben sollen mittels Mikro-Rontgencomputertomografie (µCT) ermittelt werden. Dieses Vorgehen ermoglicht den direkten Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit den individuellen Vorhersagen des Modells unter Berucksichtigung der inneren Struktur der jeweiligen Probe.

This paper presents a novel analytical-stochastic material model for unidirectionally reinforced fiber-reinforced plastics (FRPs). This model describes fiber undulations using stochastic distribution functions (fiber orientation distributions), thus enabling the investigation of the influence of undulations on the mechanical properties of the FRP. A bivariate normal distribution function is used to describe the undulations in the single-layer plane (in-plane) as well as in the thickness direction (out-of-plane). This allows all elasticity properties of the undulated single layer to be calculated and the direction-dependent influences of fiber misorientations to be represented and analyzed. Based on this model, a methodology for strength analysis is described, and various failure mechanisms under tensile and compressive stress in the fiber direction are considered and discussed. This model provides realistic strength and elasticity parameters for the composite based solely on the component properties of the glass fiber and epoxy matrix. Finally, an outlook on the planned model validation is given. For this purpose, standardized material tests will be carried out on coupon samples. The fiber orientation distributions of these samples will be determined using micro-X-ray computed tomography (µCT). This approach allows for a direct comparison of the experimental results with the individual predictions of the model, taking into account the internal structure of the respective sample.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2019, Darmstadt

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2020

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 12 Seiten

urn:nbn:de:101:1-2020011712023359720649

10.25967/490055

Faserverbundwerkstoffe, Materialmodelle

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Blümel, T.; Krimmer, A.; et al. (2020): Modellierung und Analyse von Ondulationen in unidirektional verstärkten Faserkunststoffverbunden. Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V.. (Text). https://doi.org/10.25967/490055. urn:nbn:de:101:1-2020011712023359720649.

17.01.2020