F. Hermsdorf, H. Rapp

Die reibschlüssige Lastübertragung in CFK-Strukturen wird experimentell und numerisch anhand von doppelschnittigen Schraubenverbindungen unter quasi-statischer in-plane Zugbelastung untersucht. Die Versuche werden an reinen CFK-Verbindungen mit einer M 8 Schraube und einem Kraftmessring zur Vorspannkraftmessung durchgeführt. Sie zeigen im Wesentlichen eine kontinuierliche Lastübertragung vom Haften zum Gleiten der Fügepartner mit einem anschließenden kontinuierlichen Gleitvorgang. Während der Belastung kommt es zu einer Reduktion der Vorspannkraft aufgrund von Querkontraktionseffekten und Nachgiebigkeitsänderungen. Die maximal übertragbaren Kräfte steigen erwartungsgemäß mit der Vorspannkraft an. Bei mehrfacher Belastung zeigen die Reibflächen Verschleißerscheinungen, die zu einer Erhöhung des effektiven Reibungskoeffizienten führen. Der Einfluss des Lagenaufbaus, verschiedener Zwischenmedien und einer rauen Oberfläche auf die übertragbaren Kräfte wird untersucht. 3D-FE-Simulationen zeigen während des Haftens eine ungleichmäßige Schubspannungsverteilung in der Kontaktfläche. Bei weiterer Belastung beginnen diese Bereiche lokal zu gleiten und es folgt eine Lastumlagerung auf die noch haftenden Bereiche. Die Ergebnisse aus Simulationen mit den experimentell ermittelten effektiven Reibungskoeffizienten zeigen eine gute Übereinstimmung mit den Versuchsergebnissen.

Friction-based load transfer in CFRP structures is investigated experimentally and numerically using double-shear bolted connections under quasi-static in-plane tensile loading. The tests are performed on pure CFRP connections with an M8 bolt and a force-measuring ring for preload force measurement. They essentially demonstrate a continuous load transfer from adhesion to sliding of the joining partners, followed by a continuous sliding process. During loading, the preload force is reduced due to transverse contraction effects and changes in compliance. As expected, the maximum transmissible forces increase with the preload force. With repeated loading, the friction surfaces exhibit wear, leading to an increase in the effective coefficient of friction. The influence of the layer structure, various interlayers, and a rough surface on the transmissible forces is investigated. 3D FE simulations show an uneven shear stress distribution in the contact area during adhesion. Under further loading, these areas begin to slide locally, resulting in a load redistribution to the remaining adherent areas. The results from simulations using the experimentally determined effective coefficients of friction show good agreement with the test results.

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2016, Braunschweig

Deutsche Gesellschaft für Luft- und Raumfahrt - Lilienthal-Oberth e.V., Bonn, 2016

Conference Paper

deutsch

21,0 x 29,7 cm, 10 Seiten

urn:nbn:de:101:1-201612093918

CFK, Reibschlüssige Lastübertragung

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09.12.2016